Asal Usul Tata Surya (kosmogoni planet). Abstrak: Asal usul tata surya

Tata surya terdiri dari benda langit pusat - bintang Matahari, 9 planet besar yang mengorbit di sekitarnya, satelitnya, banyak planet kecil - asteroid, banyak komet, dan medium antarplanet. Planet-planet besar disusun menurut urutan jaraknya dari Matahari sebagai berikut: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto. Tiga planet terakhir hanya bisa diamati dari Bumi melalui teleskop. Sisanya terlihat seperti lingkaran terang dan telah dikenal orang sejak zaman kuno.

Salah satu isu penting yang berkaitan dengan studi sistem planet kita adalah masalah asal usulnya. Pemecahan masalah ini memiliki makna ilmiah, ideologis, dan filosofis yang alamiah. Selama berabad-abad dan bahkan ribuan tahun, para ilmuwan telah mencoba mencari tahu masa lalu, masa kini, dan masa depan Alam Semesta, termasuk Tata Surya. Namun, kemungkinan kosmologi planet hingga saat ini masih sangat terbatas - saat ini hanya meteorit dan sampel batuan bulan yang tersedia untuk eksperimen laboratorium. Kemungkinan metode penelitian komparatif juga terbatas: struktur dan pola sistem planet lain belum cukup dipelajari.

Saat ini, banyak hipotesis yang diketahui tentang asal usul tata surya, termasuk hipotesis yang diajukan secara independen oleh filsuf Jerman I. Kant (1724–1804) dan ahli matematika dan fisikawan Prancis P. Laplace (1749–1827). Sudut pandang Immanuel Kant adalah perkembangan evolusioner nebula debu dingin, di pintu masuknya benda masif pusat - Matahari - pertama kali muncul, dan kemudian planet-planet lahir. P. Laplace menganggap nebula aslinya berbentuk gas dan sangat panas, dalam keadaan berputar cepat. Terkompresi di bawah pengaruh gravitasi universal, nebula, karena hukum kekekalan momentum sudut, berputar semakin cepat. Di bawah pengaruh gaya sentrifugal besar yang timbul selama rotasi cepat di sabuk khatulistiwa, cincin-cincin secara berurutan dipisahkan darinya, berubah menjadi planet sebagai akibat dari pendinginan dan kondensasi. Jadi, menurut teori P. Laplace, planet-planet terbentuk sebelum Matahari. Terlepas dari perbedaan antara kedua hipotesis yang sedang dipertimbangkan, keduanya berangkat dari gagasan yang sama - Tata surya muncul sebagai hasil perkembangan alami nebula. Oleh karena itu gagasan ini kadang-kadang disebut hipotesis Kant-Laplace.

Menurut gagasan modern, planet-planet di tata surya terbentuk dari gas dingin dan awan debu, mengelilingi Matahari miliaran tahun yang lalu. Sudut pandang ini paling konsisten tercermin dalam hipotesis ilmuwan Rusia, akademisi O.Yu. Schmidt (1891–1956), yang menunjukkan bahwa permasalahan kosmologi dapat diselesaikan melalui upaya bersama dari astronomi dan ilmu bumi, terutama geografi, geologi, dan geokimia. Hipotesis ini didasarkan pada O.Yu. Schmidt adalah gagasan pembentukan planet dengan menggabungkan benda padat dan partikel debu. Awan gas dan debu yang muncul di dekat Matahari awalnya terdiri dari 98% hidrogen dan helium. Unsur-unsur yang tersisa mengembun menjadi partikel debu. Pergerakan acak gas di awan dengan cepat berhenti: digantikan oleh pergerakan tenang awan mengelilingi Matahari.

Partikel debu terkonsentrasi di bidang tengah, membentuk lapisan dengan kepadatan yang meningkat. Ketika kepadatan lapisan mencapai nilai kritis tertentu, gravitasinya sendiri mulai “bersaing” dengan gravitasi Matahari. Lapisan debu tersebut ternyata tidak stabil dan pecah menjadi gumpalan debu tersendiri. Bertabrakan satu sama lain, mereka membentuk banyak benda padat padat. Yang terbesar dari mereka memperoleh orbit yang hampir melingkar dan mulai menyalip benda lain dalam pertumbuhannya, menjadi calon embrio planet masa depan. Sebagai benda yang lebih masif, formasi baru tersebut menyerap sisa materi gas dan awan debu. Akhirnya, sembilan planet besar terbentuk dan orbitnya tetap stabil selama miliaran tahun.

Berdasarkan ciri fisiknya, semua planet dibagi menjadi dua kelompok. Salah satunya terdiri dari yang relatif kecil planet kebumian– Merkurius, Venus, Bumi dan Mapca. Zatnya mempunyai massa jenis yang relatif tinggi: rata-rata sekitar 5,5 g/cm 3, yaitu 5,5 kali massa jenis air. Kelompok lain terdiri planet raksasa: Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Planet-planet ini mempunyai massa yang sangat besar. Jadi, massa Uranus sama dengan 15 massa bumi, dan Jupiter – 318. Planet-planet raksasa sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, dan massa jenis rata-rata materinya mendekati massa jenis air. Rupanya planet-planet tersebut tidak memiliki permukaan padat seperti permukaan planet kebumian. Tempat khusus ditempati oleh planet kesembilan - Pluto, ditemukan pada Maret 1930. Secara ukuran, planet ini lebih dekat dengan planet kebumian. Baru-baru ini diketahui bahwa Pluto adalah planet ganda: terdiri dari badan pusat dan satelit yang sangat besar. Kedua benda langit tersebut berputar mengelilingi pusat massa yang sama.

Selama pembentukan planet, pembagiannya menjadi dua kelompok disebabkan oleh fakta bahwa di bagian awan yang jauh dari Matahari suhunya rendah dan semua zat, kecuali hidrogen dan helium, membentuk partikel padat. Diantaranya didominasi metana, amonia dan air, yang menentukan komposisi Uranus dan Neptunus. Planet paling masif, Jupiter dan Saturnus, juga mengandung sejumlah besar gas. Di wilayah planet kebumian, suhunya jauh lebih tinggi, dan semua zat yang mudah menguap (termasuk metana dan amonia) tetap dalam bentuk gas, dan oleh karena itu, tidak termasuk dalam komposisi planet. Planet-planet dalam kelompok ini sebagian besar terbentuk dari silikat dan logam.

Proses pembentukan Tata Surya tidak dapat dianggap dipelajari secara menyeluruh, dan hipotesis yang diajukan tidak dapat dianggap sempurna. Misalnya, hipotesis yang dipertimbangkan tidak memperhitungkan pengaruh interaksi elektromagnetik selama pembentukan planet. Klarifikasi mengenai hal ini dan masalah lainnya adalah masalah yang harus diselesaikan di masa depan.

Matahari

Badan pusat sistem planet kita adalah Matahari- bintang terdekat dengan Bumi, yaitu bola plasma panas. Ini adalah sumber energi yang sangat besar: kekuatan radiasinya sangat tinggi - sekitar 3,86·10 23 kW. Setiap detik Matahari mengeluarkan panas dalam jumlah yang cukup untuk mencairkan lapisan es yang mengelilingi bumi, setebal seribu kilometer. Matahari memainkan peran luar biasa dalam kemunculan dan perkembangan kehidupan di Bumi. Sebagian kecil energi matahari mencapai Bumi, berkat keadaan gas di atmosfer bumi yang dipertahankan, permukaan tanah dan badan air terus-menerus memanas, dan aktivitas vital hewan dan tumbuhan terjamin. Sebagian energi matahari disimpan di perut bumi dalam bentuk batu bara, minyak bumi, dan gas alam.

Saat ini secara umum diterima bahwa di kedalaman Matahari, pada suhu yang sangat tinggi - sekitar 15 juta derajat - dan tekanan yang sangat besar, reaksi termonuklir terjadi, yang disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah besar. Salah satu reaksi tersebut adalah fusi inti hidrogen, yang menghasilkan inti atom helium. Diperkirakan setiap detik di kedalaman Matahari, 564 juta ton hidrogen diubah menjadi 560 juta ton helium, dan sisanya 4 juta ton hidrogen diubah menjadi radiasi. Reaksi termonuklir akan terus berlanjut hingga persediaan hidrogen habis. Mereka saat ini membentuk sekitar 60% massa Matahari. Cadangan tersebut seharusnya cukup untuk setidaknya beberapa miliar tahun.

Hampir seluruh energi Matahari dihasilkan di wilayah tengahnya, yang kemudian ditransfer melalui radiasi, dan kemudian di lapisan terluar ditransfer secara konveksi. Suhu efektif permukaan matahari – fotosfer – adalah sekitar 6000 K.

Matahari kita tidak hanya merupakan sumber cahaya dan panas: permukaannya memancarkan aliran sinar ultraviolet dan sinar-X yang tidak terlihat, serta partikel elementer. Meskipun jumlah panas dan cahaya yang dikirim ke Bumi oleh Matahari tetap konstan selama ratusan miliar tahun, intensitas radiasi tak terlihatnya sangat bervariasi: bergantung pada tingkatnya. aktivitas matahari.

Siklus diamati selama aktivitas matahari mencapai nilai maksimumnya. Frekuensinya adalah 11 tahun. Selama tahun-tahun aktivitas terbesar, jumlah bintik dan suar di permukaan matahari meningkat, badai magnet terjadi di Bumi, ionisasi lapisan atas atmosfer meningkat, dll.

Matahari memiliki pengaruh yang nyata tidak hanya pada proses alam seperti cuaca, magnetisme bumi, tetapi juga pada lingkungan– dunia hewan dan tumbuhan di bumi, termasuk manusia.

Diasumsikan bahwa usia Matahari setidaknya 5 miliar tahun. Asumsi ini didasarkan pada fakta bahwa menurut data geologi, planet kita telah ada setidaknya selama 5 miliar tahun, dan Matahari terbentuk lebih awal.

Bulan

Sama seperti Bumi kita yang berputar mengelilingi Matahari, Bumi juga bergerak mengelilinginya Bulan- satelit alami planet kita. Bulan lebih kecil dari Bumi, diameternya sekitar seperempat diameter Bumi, dan massanya 81 kali lebih kecil dari massa Bumi. Oleh karena itu, gravitasi di Bulan 6 kali lebih kecil dibandingkan di planet kita. Gaya gravitasi yang lemah tidak memungkinkan Bulan mempertahankan atmosfernya; karena alasan yang sama, tidak mungkin terdapat air di permukaannya. Perairan terbuka akan cepat menguap, dan uap air akan keluar ke angkasa.

Permukaan Bulan sangat tidak rata: ditutupi dengan barisan pegunungan, pegunungan cincin - kawah dan punggung gelap di daerah datar yang disebut laut, di mana terdapat kawah-kawah kecil. Diasumsikan bahwa kawah tersebut berasal dari meteorit, yaitu terbentuk di tempat jatuhnya meteorit raksasa.

Sejak tahun 1959, ketika stasiun otomatis Soviet Luna-2 pertama kali mencapai permukaan Bulan, hingga saat ini, pesawat luar angkasa telah membawa banyak informasi tentang satelit alami kita. Secara khusus, usia batuan bulan yang dikirim ke Bumi oleh pesawat ruang angkasa telah ditentukan. Umur batuan termuda sekitar 2,6 miliar tahun, dan umur batuan tua tidak melebihi 4 miliar tahun.

Lapisan lepas telah terbentuk di permukaan Bulan, menutupi batuan utama - ragolit, yang terdiri dari pecahan batuan beku, partikel mirip terak, dan tetesan magma cair yang membeku. Diperkirakan sekitar 95% batuan yang menutupi permukaan bulan berada dalam kondisi beku.

Suhu permukaan bulan adalah 100–400 K. Jarak rata-rata Bulan dari Bumi adalah 384.400 km. Setelah mengatasi jarak seperti itu, pada tanggal 21 Juli 1969, astronot Amerika N. Armstrong menginjakkan kaki di permukaan Bulan untuk pertama kalinya - impian dongeng lama tentang penerbangan manusia ke Bulan menjadi kenyataan.

Planet kebumian

Planet-planet yang digabungkan menjadi satu kelompok: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, meskipun memiliki beberapa ciri yang mirip, namun masing-masing memiliki ciri khasnya masing-masing. Beberapa parameter karakteristik planet kebumian disajikan pada Tabel. 5.1.

Tabel 5.1

Jarak rata-rata dalam tabel. 5.1 diberikan dalam satuan astronomi (AU); 1 a.u. sama dengan jarak rata-rata Bumi dari Matahari (1 AU = 1,5 · 10 8 km.). Planet yang paling masif adalah Bumi: massanya 5,89 · 10 24 kg.

Planet-planet dan komposisi atmosfernya sangat berbeda, seperti dapat dilihat dari Tabel. 5.2, yang menunjukkan komposisi kimia atmosfer Bumi, Venus dan Mars.

Tabel 5.2

Air raksa- planet terkecil di kelompok terestrial. Planet ini tidak mampu mempertahankan komposisi atmosfer yang menjadi ciri khas Bumi, Venus, dan Mars. Atmosfernya sangat tipis dan mengandung Ar, Ne, He. Dari meja 5.2 terlihat bahwa atmosfer bumi memiliki kandungan oksigen dan uap air yang relatif tinggi, sehingga menjamin keberadaan biosfer. Pada Venus Dan Mars atmosfer mengandung karbon dioksida dalam jumlah besar dengan kandungan oksigen dan uap air yang sangat rendah - semua ini merupakan ciri khas tidak adanya kehidupan di planet-planet tersebut. Tidak ada kehidupan Air raksa: kekurangan oksigen, air dan suhu siang hari yang tinggi (620 K) menghambat perkembangan sistem kehidupan. Pertanyaannya tetap terbuka tentang keberadaan beberapa bentuk kehidupan di Mars di masa lalu.

Planet Merkurius dan Venus tidak mempunyai satelit. Satelit alami Mars - Fobo Dan Deimos.

Planet raksasa

Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus dianggap sebagai planet raksasa. Jupiter- jarak kelima dari Matahari dan planet terbesar di Tata Surya - terletak pada jarak rata-rata dari Matahari sebesar 5,2 AU. Jupiter adalah sumber emisi radio termal yang kuat, memiliki sabuk radiasi dan magnetosfer yang luas. Planet ini memiliki 16 satelit dan dikelilingi oleh cincin selebar sekitar 6 ribu km.

Saturnus- planet terbesar kedua di tata surya. Saturnus dikelilingi oleh cincin (lihat Gambar 5.4), yang terlihat jelas melalui teleskop. Mereka pertama kali diamati pada tahun 1610 oleh Galileo menggunakan teleskop yang ia ciptakan. Cincin adalah sistem datar dari banyak satelit kecil di planet ini. Saturnus memiliki 17 bulan dan memiliki sabuk radiasi.

Uranus- planet ketujuh dalam urutan jarak dari Matahari di Tata Surya. Terdapat 15 satelit yang mengorbit Uranus: 5 di antaranya ditemukan dari Bumi, dan 10 diamati menggunakan pesawat ruang angkasa Voyager 2. Uranus juga memiliki sistem cincin.

Neptunus- salah satu planet terjauh dari Matahari - terletak pada jarak sekitar 30 AU. Periode orbitnya adalah 164,8 tahun. Neptunus memiliki enam bulan. Keterpencilannya dari Bumi membatasi kemungkinan penelitiannya.

Planet Pluto tidak termasuk dalam kelompok terestrial atau planet raksasa. Ini adalah planet yang relatif kecil: diameternya sekitar 3000 km. Pluto dianggap sebagai planet ganda. Satelitnya, yang diameternya kira-kira 3 kali lebih kecil, bergerak pada jarak hanya sekitar 20.000 km dari pusat planet, melakukan satu revolusi dalam 4,6 hari.

Bumi, satu-satunya planet yang hidup, menempati tempat khusus di tata surya.

5.7. Bumi - planet tata surya

Abstrak

Tata surya dan asal usulnya

Perkenalan

planet surya terestrial

Tata surya terdiri dari benda langit pusat - bintang Matahari, 9 planet besar yang mengorbit di sekitarnya, satelitnya, banyak planet kecil - asteroid, banyak komet, dan medium antarplanet. Planet-planet besar disusun menurut jaraknya dari Matahari sebagai berikut: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto. Salah satu isu penting yang berkaitan dengan studi sistem planet kita adalah masalah asal usulnya. Pemecahan masalah ini memiliki makna ilmiah, ideologis, dan filosofis yang alamiah. Selama berabad-abad dan bahkan ribuan tahun, para ilmuwan telah mencoba mencari tahu masa lalu, masa kini, dan masa depan Alam Semesta, termasuk Tata Surya.

Barangmempelajari karya ini: Tata surya, asal usulnya.

Tujuan pekerjaan:studi tentang struktur dan ciri-ciri tata surya, karakterisasi asal usulnya.

Tujuan pekerjaan:pertimbangkan kemungkinan hipotesis asal usul Tata Surya, ciri-ciri objek Tata Surya, pertimbangkan struktur Tata Surya.

Relevansi pekerjaan:saat ini diyakini bahwa tata surya telah dipelajari dengan cukup baik dan tidak memiliki rahasia serius. Namun, belum ada cabang ilmu fisika yang memungkinkan untuk menggambarkan proses yang terjadi segera setelah Big Bang; tidak ada yang dapat dikatakan tentang penyebab yang memunculkannya; masih ada ketidakpastian mengenai sifat fisik materi gelap. Tata surya adalah rumah kita, jadi kita perlu tertarik dengan strukturnya, sejarahnya, dan prospeknya.

1. Asal Usul Tata Surya

.1 Hipotesis tentang asal usul tata surya

Sejarah ilmu pengetahuan mengetahui banyak hipotesis tentang asal usul tata surya. Hipotesis ini muncul sebelum banyak pola penting tata surya diketahui. Arti penting dari hipotesis pertama adalah bahwa mereka mencoba menjelaskan asal usul benda langit sebagai hasil proses alam, dan bukan ciptaan Tuhan. Selain itu, beberapa hipotesis awal mengandung gagasan yang benar tentang asal usul benda langit.

Saat ini, ada dua teori ilmiah utama tentang asal usul alam semesta. Menurut teori keadaan tetap, materi, energi, ruang dan waktu selalu ada. Namun pertanyaan segera muncul: mengapa saat ini tidak ada seorang pun yang mampu menciptakan materi dan energi?

Teori paling populer tentang asal usul alam semesta, yang didukung oleh sebagian besar ahli teori, adalah teori big bang.

Teori Big Bang dikemukakan pada tahun 20-an abad ke-20 oleh ilmuwan Friedman dan Lemaitre. Menurut teori ini, Alam Semesta kita dulunya merupakan gumpalan yang sangat kecil, sangat padat, dan memanas hingga suhu yang sangat tinggi. Formasi yang tidak stabil ini tiba-tiba meledak, ruang angkasa meluas dengan cepat, dan suhu partikel berenergi tinggi yang terbang mulai menurun. Setelah sekitar satu juta tahun pertama, atom hidrogen dan helium menjadi stabil. Di bawah pengaruh gravitasi, awan materi mulai terkonsentrasi. Akibatnya terbentuklah galaksi, bintang, dan benda langit lainnya. Bintang-bintang menua, supernova meledak, setelah itu unsur-unsur yang lebih berat muncul. Mereka membentuk bintang-bintang generasi selanjutnya, seperti Matahari kita. Sebagai bukti bahwa Big Bang terjadi pada suatu waktu, mereka berbicara tentang pergeseran merah cahaya dari benda-benda yang terletak pada jarak yang jauh dan radiasi latar gelombang mikro.

Faktanya, menjelaskan bagaimana dan di mana semuanya dimulai masih menjadi masalah serius. Atau tidak ada apa pun yang dapat memulai segalanya - tidak ada ruang hampa, tidak ada debu, tidak ada waktu. Atau ada sesuatu yang ada, dalam hal ini memerlukan penjelasan.

Masalah besar dalam teori Big Bang adalah bagaimana radiasi energi tinggi primordial dapat tersebar ke berbagai arah dan digabungkan menjadi struktur seperti bintang, galaksi, dan gugus galaksi. Teori ini mengasumsikan adanya sumber massa tambahan yang memberikan nilai gaya tarik menarik yang sesuai. Materi yang tidak pernah ditemukan disebut Cold Dark Matter. Agar galaksi dapat terbentuk, materi tersebut harus membentuk 95-99% dari alam semesta.

Kant mengembangkan hipotesis yang menyatakan, pada awalnya, ruang kosmik dipenuhi materi dalam keadaan kacau. Di bawah pengaruh tarik-menarik dan tolak-menolak, materi berubah menjadi bentuk yang lebih beragam seiring waktu. Unsur-unsur dengan massa jenis lebih besar, menurut hukum gravitasi universal, menarik unsur-unsur yang kurang padat, akibatnya terbentuk gumpalan materi yang terpisah. Di bawah pengaruh gaya tolak menolak, gerak lurus partikel menuju pusat gravitasi digantikan oleh gerak melingkar. Sebagai hasil tumbukan partikel di sekitar gumpalan individu, sistem planet terbentuk.

Hipotesis yang sama sekali berbeda tentang asal usul planet dikemukakan oleh Laplace. Pada tahap awal perkembangannya, Matahari merupakan nebula besar yang berputar perlahan. Di bawah pengaruh gravitasi, proto-matahari berkontraksi dan berbentuk pepat. Segera setelah gaya gravitasi di ekuator diseimbangkan oleh gaya inersia sentrifugal, sebuah cincin raksasa dipisahkan dari proto-matahari, yang mendingin dan pecah menjadi gumpalan-gumpalan terpisah. Dari merekalah planet-planet terbentuk. Pemisahan cincin ini terjadi beberapa kali. Satelit-satelit planet terbentuk dengan cara yang sama. Hipotesis Laplace tidak mampu menjelaskan redistribusi momentum antara Matahari dan planet-planet. Untuk hipotesis ini dan hipotesis lainnya, yang menyatakan bahwa planet terbentuk dari gas panas, batu sandungannya adalah sebagai berikut: sebuah planet tidak dapat terbentuk dari gas panas, karena gas ini mengembang dengan sangat cepat dan menghilang di ruang angkasa.

Karya-karya rekan senegaranya Schmidt memainkan peran utama dalam mengembangkan pandangan tentang asal usul sistem planet. Teorinya didasarkan pada dua asumsi: planet-planet terbentuk dari awan gas dan debu yang dingin; awan ini ditangkap oleh Matahari saat mengorbit pusat Galaksi. Berdasarkan asumsi ini, beberapa pola dalam struktur Tata Surya dapat dijelaskan - distribusi planet berdasarkan jarak dari Matahari, rotasi, dll.

Ada banyak hipotesis, namun masing-masing hipotesis menjelaskan sebagian penelitian dengan baik, namun tidak menjelaskan bagian lainnya. Saat mengembangkan hipotesis kosmogonik, pertama-tama kita perlu menjawab pertanyaan: dari mana asal materi yang akhirnya membentuk planet? Ada tiga opsi yang memungkinkan di sini:

1.Planet terbentuk dari awan gas dan debu yang sama dengan Matahari (I. Kant).

2.Awan tempat terbentuknya planet-planet ditangkap oleh Matahari selama revolusinya mengelilingi pusat Galaksi (O.Yu. Schmidt).

3.Awan ini terpisah dari Matahari selama evolusinya (P. Laplace, D. Jeans, dll.)

1.2 Teori asal usul bumi

Proses terbentuknya planet bumi, seperti halnya planet-planet lainnya, memiliki ciri khas tersendiri. Bumi lahir sekitar jam 5 109tahun yang lalu pada jarak 1 a. e.dari Matahari. Sekitar 4,6-3,9 miliar tahun yang lalu, ia dibombardir secara intensif dengan puing-puing antarplanet dan meteorit; ketika jatuh ke Bumi, substansinya memanas dan hancur. Zat utama dikompresi di bawah pengaruh gravitasi dan berbentuk bola, yang kedalamannya memanas. Terjadi proses pencampuran, reaksi kimia terjadi, batuan silikat yang lebih ringan terjepit dari kedalaman ke permukaan dan membentuk kerak bumi, sedangkan batuan yang lebih berat tetap berada di dalam. Pemanasan disertai dengan aktivitas gunung berapi yang dahsyat, uap dan gas keluar. Pada mulanya planet kebumian tidak mempunyai atmosfer seperti Merkurius dan Bulan. Pengaktifan proses di Matahari menyebabkan peningkatan aktivitas gunung berapi, hidrosfer dan atmosfer lahir dari magma, munculnya awan, dan uap air mengembun di lautan.

Terbentuknya lautan di Bumi hingga saat ini tidak berhenti, meski bukan lagi proses yang intensif. Kerak bumi diperbarui, gunung berapi mengeluarkan sejumlah besar karbon dioksida dan uap air ke atmosfer. Atmosfer utama bumi sebagian besar terdiri dari CO 2. Perubahan tajam komposisi atmosfer terjadi sekitar 2 miliar tahun yang lalu; hal ini terkait dengan penciptaan hidrosfer dan asal mula kehidupan. Tanaman karbon menyerap sebagian besar CO 2dan menjenuhkan atmosfer dengan O 2. Selama 200 juta tahun terakhir, komposisi atmosfer bumi hampir tidak berubah. Buktinya adalah endapan batubara dan lapisan tebal endapan karbonat pada batuan sedimen. Mereka mengandung sejumlah besar karbon, yang sebelumnya merupakan bagian dari atmosfer dalam bentuk CO2 dan CO.

Keberadaan Bumi dibagi menjadi 2 periode: sejarah awal dan sejarah geologi.

I. Sejarah Awal Bumi dibagi menjadi tiga fase: fase kelahiran, fase pencairan bola luar, dan fase kerak primer (fase bulan).

Fase kelahiran berlangsung selama 100 juta tahun. Selama fase kelahiran, Bumi memperoleh sekitar 95% massanya saat ini.

Fase pencairan terjadi pada 4,6-4,2 miliar tahun yang lalu. Bumi tetap menjadi benda kosmik yang dingin untuk waktu yang lama, hanya pada akhir fase ini, ketika pemboman intensif terhadap benda-benda besar dimulai, terjadi pemanasan yang kuat, dan kemudian pencairan total materi di zona luar dan zona dalam planet. Fase diferensiasi gravitasi materi dimulai: unsur kimia berat turun, unsur ringan naik. Oleh karena itu, dalam proses diferensiasi materi, unsur-unsur kimia berat (besi, nikel, dll.) terkonsentrasi di pusat bumi, tempat terbentuknya inti, dan mantel bumi muncul dari senyawa yang lebih ringan. Silikon menjadi dasar pembentukan benua, dan senyawa kimia paling ringan membentuk lautan dan atmosfer bumi. Atmosfer bumi pada awalnya banyak mengandung hidrogen, helium, dan senyawa yang mengandung hidrogen seperti metana, amonia, dan uap air.

Fase bulan berlangsung selama 400 juta tahun dari 4,2 hingga 3,8 miliar tahun yang lalu. Dalam hal ini, pendinginan zat cair di bagian luar bumi menyebabkan terbentuknya kerak primer yang tipis. Pada saat yang sama, terjadi pembentukan lapisan granit kerak benua. Benua terdiri dari batuan yang mengandung 65-70% silika dan sejumlah besar kalium dan natrium. Dasar laut dilapisi dengan basal - batuan yang mengandung 45-50% Si0 2 dan kaya akan magnesium dan zat besi. Benua dibangun dengan material yang kurang padat dibandingkan dasar laut.

II. Sejarah geologi - ini adalah masa perkembangan bumi sebagai planet secara keseluruhan, terutama kerak bumi dan lingkungan alamnya. Setelah permukaan bumi mendingin hingga suhu di bawah 100°C, sejumlah besar air cair terbentuk di atasnya, yang bukan merupakan akumulasi sederhana dari air yang tidak bergerak, tetapi berada dalam sirkulasi global yang aktif. Bumi memiliki massa terbesar di antara planet-planet kebumian dan oleh karena itu memiliki energi internal terbesar - radiogenik, gravitasi.

Akibat efek rumah kaca, suhu permukaan meningkat, yang semula -23°C menjadi +15°C. Jika hal ini tidak terjadi, maka di lingkungan alami air dalam bentuk cair tidak akan mencapai 95% dari jumlah total hidrosfer, tetapi jauh lebih sedikit.

Matahari menyuplai bumi dengan panas yang diperlukan untuk menjaga suhunya pada kisaran yang sesuai. Perlu diingat bahwa perubahan kecil sebesar beberapa persen saja pada jumlah panas yang diterima Bumi dari Matahari akan menyebabkan perubahan besar pada iklim Bumi. Atmosfer bumi memainkan peran yang sangat penting dalam menjaga suhu dalam batas yang dapat diterima. Bertindak seperti selimut, mencegah suhu naik terlalu banyak di siang hari dan suhu turun terlalu banyak di malam hari.

2. Susunan Tata Surya dan Ciri-cirinya

.1 Struktur Tata Surya

Pola utama yang diamati dalam struktur, pergerakan, sifat-sifat Tata Surya:

Orbit semua planet (kecuali orbit Pluto) praktis terletak pada bidang yang sama, hampir bertepatan dengan bidang ekuator matahari.
Semua planet berputar mengelilingi Matahari dalam orbit yang hampir melingkar dengan arah yang sama, bertepatan dengan arah putaran Matahari pada porosnya.
Arah rotasi aksial planet-planet (kecuali Venus dan Uranus) bertepatan dengan arah revolusinya mengelilingi Matahari.
Massa total planet-planet adalah 750 kali lebih kecil dari massa Matahari (hampir 99,9% massa Tata Surya berada di Matahari), tetapi planet-planet tersebut menyumbang 98% dari total momentum sudut seluruh Tata Surya.
Planet-planet dibagi menjadi dua kelompok, yang struktur dan sifat fisiknya sangat berbeda - planet terestrial dan planet raksasa.

Bagian utama tata surya terdiri dari planet-planet.

Planet yang paling dekat dengan Matahari (Merkurius, Venus, Bumi, Mars) sangat berbeda dengan empat planet berikutnya. Disebut planet kebumian karena, seperti Bumi, mereka terbuat dari batuan padat. Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus disebut planet raksasa dan sebagian besar terdiri dari hidrogen.

Ceres merupakan nama asteroid terbesar dengan diameter sekitar 1000 km.

Ini adalah balok dengan diameter yang ukurannya tidak melebihi beberapa kilometer. Kebanyakan asteroid mengorbit Matahari di “sabuk asteroid” lebar yang terletak di antara Mars dan Jupiter. Orbit beberapa asteroid melampaui sabuk ini, dan terkadang mendekati Bumi.

Asteroid ini tidak dapat dilihat dengan mata telanjang karena ukurannya yang terlalu kecil dan jaraknya yang sangat jauh dari kita. Namun puing-puing lain – seperti komet – dapat terlihat di langit malam karena kilaunya yang cerah.

Komet adalah benda langit yang tersusun dari es, partikel padat, dan debu. Seringkali, komet bergerak jauh di tata surya kita dan tidak terlihat oleh mata manusia, tetapi ketika mendekati Matahari, komet tersebut mulai bersinar. Hal ini terjadi karena pengaruh panas matahari.

Meteorit adalah benda meteoroid berukuran besar yang mencapai permukaan bumi. Karena tabrakan meteorit besar dengan Bumi di masa lalu, kawah besar terbentuk di permukaannya. Hampir satu juta ton debu meteorit mengendap di Bumi setiap tahunnya.

2.2 Planet kebumian

Pola umum perkembangan planet kebumian antara lain sebagai berikut:

.Semua planet berasal dari satu awan gas dan debu (nebula).

Sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, di bawah pengaruh akumulasi energi panas yang cepat, kulit terluar planet-planet mengalami pencairan total.
Akibat pendinginan lapisan luar litosfer, terbentuklah kerak. Pada tahap awal keberadaan planet, terjadi diferensiasi substansinya menjadi inti, mantel, dan kerak bumi.
Wilayah terluar planet berkembang secara individual. Kondisi terpenting di sini adalah ada tidaknya atmosfer dan hidrosfer di planet tersebut.

Merkurius adalah planet yang paling dekat dengan Matahari di tata surya. Jarak Merkurius ke Matahari hanya 58 juta km. Merkurius adalah bintang yang terang, namun tidak mudah untuk melihatnya di langit. Karena dekat dengan Matahari, Merkurius selalu terlihat oleh kita tidak jauh dari piringan Matahari. Oleh karena itu, ia hanya dapat dilihat pada hari-hari ketika ia menjauh dari Matahari pada jarak terjauhnya. Telah ditetapkan bahwa Merkurius memiliki cangkang gas yang sangat langka, sebagian besar terdiri dari helium. Atmosfer ini berada dalam keseimbangan dinamis: setiap atom helium tinggal di dalamnya selama sekitar 200 hari, setelah itu ia meninggalkan planet ini, dan partikel lain dari plasma angin matahari menggantikannya. Merkurius jauh lebih dekat ke Matahari dibandingkan Bumi. Oleh karena itu, Matahari menyinarinya dan menghangat 7 kali lebih kuat dari kita. Di siang hari Merkurius cuacanya sangat panas, suhu di sana naik hingga 400 TENTANG di atas nol. Namun di malam hari selalu terjadi embun beku yang parah, yang mungkin mencapai 200 TENTANG di bawah nol. Separuhnya merupakan gurun batu panas, dan separuhnya lagi merupakan gurun es yang diselimuti gas beku.

Venus merupakan planet terdekat kedua dengan Matahari, ukurannya hampir sama dengan Bumi, dan massanya lebih dari 80% massa Bumi. Oleh karena itu, Venus disebut sebagai saudara kembar atau saudara perempuan Bumi. Namun permukaan dan atmosfer kedua planet ini sangat berbeda. Di Bumi ada sungai, danau, lautan, dan atmosfer yang kita hirup. Venus adalah planet yang sangat panas dengan atmosfer tebal yang berakibat fatal bagi manusia. Venus menerima cahaya dan panas dari Matahari dua kali lebih banyak daripada Bumi; di sisi bayangan, Venus didominasi oleh suhu beku lebih dari 20 derajat di bawah nol, karena sinar matahari tidak sampai di sini. Planet ini memiliki atmosfer yang sangat padat, dalam, dan berawan sehingga permukaan planet tidak dapat terlihat. Planet ini tidak memiliki satelit. Suhu sekitar 750 K di seluruh permukaan baik siang maupun malam. Alasan suhu tinggi di dekat permukaan Venus adalah efek rumah kaca: sinar matahari dengan mudah melewati awan atmosfernya dan memanaskan permukaan planet, tetapi radiasi infra merah termal dari permukaan itu sendiri keluar melalui atmosfer kembali. ke luar angkasa dengan susah payah. Atmosfer Venus sebagian besar terdiri dari karbon dioksida (CO 2) - 97%. Asam klorida dan asam fluorida ditemukan sebagai pengotor kecil. Pada siang hari, permukaan planet disinari oleh sinar matahari yang menyebar dengan intensitas yang kurang lebih sama seperti pada hari berawan di Bumi. Banyak petir terlihat di Venus pada malam hari. Venus ditutupi dengan bebatuan keras. Lava panas bersirkulasi di bawahnya sehingga menyebabkan ketegangan pada lapisan permukaan yang tipis. Lava terus-menerus meletus dari lubang dan retakan pada batuan padat.

Di permukaan Venus, ditemukan batuan yang kaya kalium, uranium, dan thorium, yang dalam kondisi terestrial sesuai dengan komposisi batuan vulkanik sekunder. Dengan demikian, batuan permukaan Venus ternyata sama dengan batuan di Bulan, Merkurius, dan Mars, batuan beku letusan dengan komposisi dasar.

Sedikit yang diketahui tentang struktur internal Venus. Ia mungkin memiliki inti logam yang menempati 50% radiusnya. Namun planet ini tidak memiliki medan magnet karena rotasinya yang sangat lambat.

Bumi adalah planet ketiga dari Matahari di tata surya. Bentuk bumi mendekati ellipsoidal, pipih di kutub dan memanjang di zona khatulistiwa. Luas permukaan bumi 510,2 juta km2 ², dimana sekitar 70,8% terjadi di Lautan Dunia. Daratan masing-masing menyumbang 29,2% dan membentuk enam benua dan pulau. Pegunungan menempati lebih dari 1/3 permukaan tanah.

Berkat kondisinya yang unik, Bumi menjadi tempat munculnya dan berkembangnya kehidupan organik. Sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu, muncul kondisi yang mendukung munculnya kehidupan. Homo sapiens (Homo sapiens) muncul sebagai spesies sekitar setengah juta tahun yang lalu.

Periode revolusi mengelilingi Matahari adalah 365 hari, dengan rotasi harian 23 jam 56 menit. Sumbu rotasi bumi terletak pada sudut 66,5º .

Atmosfer bumi terdiri dari 78% nitrogen dan 21% oksigen. Planet kita dikelilingi oleh atmosfer yang luas. Menurut suhu, komposisi dan sifat fisik atmosfer dapat dibagi menjadi beberapa lapisan. Troposfer adalah wilayah yang terletak di antara permukaan bumi dan ketinggian 11 km. Ini adalah lapisan yang cukup tebal dan padat yang mengandung sebagian besar uap air di udara. Hampir semua fenomena atmosfer yang menarik perhatian penghuni bumi terjadi di dalamnya. Troposfer mengandung awan, curah hujan, dll. Lapisan yang memisahkan troposfer dari lapisan atmosfer berikutnya, yaitu stratosfer, disebut tropopause. Ini adalah daerah dengan suhu yang sangat rendah.

Bulan adalah satelit alami Bumi dan benda langit terdekat dengan kita. Jarak rata-rata ke Bulan adalah 384.000 kilometer, diameter Bulan sekitar 3.476 km. Karena tidak terlindungi oleh atmosfer, permukaan Bulan memanas hingga +110 C pada siang hari, dan mendingin hingga -120 ° C pada malam hari. Asal usul Bulan menjadi subyek sejumlah hipotesis. Salah satunya didasarkan pada teori Jeans dan Lyapunov - Bumi berputar sangat cepat dan membuang sebagian materinya, yang lainnya didasarkan pada penangkapan benda angkasa yang lewat oleh Bumi. Hipotesis yang paling masuk akal adalah bahwa Bumi bertabrakan dengan sebuah planet yang massanya sama dengan massa Mars, yang terjadi pada sudut yang besar, akibatnya terbentuklah cincin puing yang sangat besar, yang menjadi dasar bagi Bulan. Itu terbentuk di dekat Matahari karena kondensat pra-logam paling awal pada suhu tinggi.

Mars adalah planet keempat di tata surya. Diameternya hampir setengah ukuran Bumi dan Venus. Jarak rata-rata dari Matahari adalah 1,52 AU. Ia memiliki dua satelit - Phobos dan Deimos.

Planet ini diselimuti oleh cangkang gas - atmosfer yang memiliki kepadatan lebih rendah daripada bumi. Komposisinya menyerupai atmosfer Venus dan mengandung 95,3% karbon dioksida bercampur 2,7% nitrogen.

Suhu rata-rata di Mars jauh lebih rendah daripada di Bumi, sekitar -40° C. Dalam kondisi yang paling menguntungkan di musim panas, pada siang hari separuh planet ini, udara menghangat hingga 20° C. Namun pada malam musim dingin, embun beku bisa mencapai -125° C. Perubahan suhu yang tiba-tiba tersebut disebabkan karena atmosfer Mars yang tipis tidak mampu menahan panas dalam waktu yang lama. Angin kencang bertiup di permukaan planet, kecepatannya mencapai 100 m/s.

Uap air di atmosfer Mars sangat sedikit, namun pada tekanan dan suhu rendah berada dalam keadaan mendekati jenuh dan sering berkumpul di awan. Langit Mars dalam cuaca cerah memiliki warna merah muda, yang disebabkan oleh hamburan sinar matahari pada partikel debu dan iluminasi kabut oleh permukaan oranye planet tersebut.

Permukaan Mars sekilas mirip dengan bulan. Namun kenyataannya reliefnya sangat beragam. Sepanjang sejarah geologi Mars yang panjang, permukaannya telah diubah oleh letusan gunung berapi.

.3 Planet raksasa

Planet raksasa adalah empat planet tata surya: Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus. Planet-planet yang memiliki sejumlah ciri fisik serupa ini disebut juga planet luar.

Berbeda dengan planet kebumian, semuanya adalah planet gas, memiliki ukuran dan massa yang jauh lebih besar, kepadatan lebih rendah, atmosfer kuat, rotasi cepat, serta cincin (sedangkan planet kebumian tidak memilikinya) dan jumlah satelit yang banyak.

Planet-planet raksasa berputar sangat cepat pada porosnya; Jupiter membutuhkan waktu kurang dari 10 jam untuk menyelesaikan satu revolusi. Selain itu, zona khatulistiwa planet raksasa berotasi lebih cepat dibandingkan zona kutub.

Planet-planet raksasa terletak jauh dari Matahari, dan apa pun musimnya, suhu rendah selalu mendominasi di dalamnya. Tidak ada musim sama sekali di Jupiter, karena sumbu planet ini hampir tegak lurus terhadap bidang orbitnya.

Planet raksasa mempunyai banyak satelit; Jupiter sejauh ini telah menemukan 16 di antaranya, Saturnus - 17, Uranus - 16, dan hanya Neptunus - 8. Ciri luar biasa dari planet raksasa ini adalah cincinnya, yang terbuka tidak hanya di Saturnus, tetapi juga di Jupiter, Uranus, dan Neptunus. .

Ciri terpenting dari struktur planet raksasa adalah bahwa planet-planet ini tidak memiliki permukaan padat, karena sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium. Di lapisan atas atmosfer hidrogen-helium Yupiter, ditemukan senyawa kimia, hidrokarbon (etana, asetilena), serta berbagai senyawa yang mengandung fosfor dan belerang dalam bentuk pengotor, sehingga mewarnai detail atmosfer dengan warna merah-coklat. dan warna kuning. Jadi, dalam komposisi kimianya, planet raksasa sangat berbeda dengan planet kebumian.

Berbeda dengan planet kebumian yang memiliki kerak, mantel, dan inti, di Jupiter gas hidrogen yang menjadi bagian atmosfernya berubah menjadi cair dan kemudian menjadi fase padat (logam). Munculnya keadaan agregat hidrogen yang tidak biasa ini dikaitkan dengan peningkatan tekanan yang tajam saat seseorang menyelam ke kedalaman.

Planet-planet raksasa menyumbang 99,5% dari total massa tata surya (tidak termasuk Matahari). Dari empat planet raksasa, yang paling banyak dipelajari adalah Jupiter, planet terbesar dan terdekat dari kelompok ini dengan Matahari. Diameternya 11 kali lebih besar dari 3 Bumi dan massanya 300 kali lebih besar. Periode revolusinya mengelilingi Matahari hampir 12 tahun.

Karena planet-planet raksasa terletak sangat jauh dari Matahari, suhunya (setidaknya di atas awannya) sangat rendah: di Jupiter - 145 ° C, di Saturnus - 180 ° C, di Uranus dan Neptunus bahkan lebih rendah lagi.

Massa jenis rata-rata Yupiter adalah 1,3 g/cm3, Uranus 1,5 g/cm3, Neptunus 1,7 g/cm3, dan Saturnus genap 0,7 g/cm3, yang berarti lebih kecil dari massa jenis air. Kepadatan rendah dan kelimpahan hidrogen membedakan planet raksasa dari planet lainnya.

Satu-satunya formasi serupa di tata surya adalah cincin datar setebal beberapa kilometer yang mengelilingi Saturnus. Letaknya pada bidang ekuator planet, yang miring terhadap bidang orbitnya sebesar 27°. Oleh karena itu, selama 30 tahun revolusi Saturnus mengelilingi Matahari, cincin tersebut terlihat oleh kita cukup terbuka, atau persis di tepinya, padahal cincin tersebut hanya dapat dilihat sebagai garis tipis di teleskop besar. Lebar cincin ini sedemikian rupa sehingga jika padat, bola dunia dapat menggelinding di sepanjang cincin tersebut.

Kesimpulan

Jadi, ada dua teori asal usul Alam Semesta: teori keadaan stabil, yang menyatakan bahwa materi, energi, ruang, dan waktu selalu ada, dan teori Big Bang, yang menyatakan bahwa Alam Semesta, yang muncul menjadi gumpalan panas yang sangat kecil, tiba-tiba meledak, mengakibatkan munculnya materi awan yang kemudian menjadi asal muasal galaksi.

Tiga sudut pandang tentang proses pembentukan planet yang tersebar luas: 1) planet terbentuk dari awan gas dan debu yang sama dengan Matahari (I. Kant); 2) awan tempat terbentuknya planet-planet ditangkap oleh Matahari selama revolusinya mengelilingi pusat Galaksi (O.Yu. Shmidt); 3) awan ini terpisah dari Matahari selama evolusinya
(P. Laplace, D. Jeans, dll). Keberadaan Bumi dibagi menjadi 2 periode: sejarah awal dan sejarah geologi. Sejarah awal bumi diwakili oleh tahapan perkembangan seperti: fase kelahiran, fase pencairan bola luar, dan fase kerak primer (fase bulan). Sejarah geologi - ini adalah masa perkembangan bumi sebagai planet secara keseluruhan, terutama kerak bumi dan lingkungan alamnya. Sejarah geologi bumi ditandai dengan munculnya atmosfer dan peralihan uap air menjadi air cair; Evolusi biosfer adalah proses perkembangan dunia organik, dimulai dari sel paling sederhana pada zaman Archean, dan diakhiri dengan munculnya mamalia pada zaman Kenozoikum.

Proses lahirnya Bumi memiliki ciri khas tersendiri. Sekitar 4,6-3,9 miliar tahun yang lalu, ia dibombardir secara intensif dengan puing-puing antarplanet dan meteorit. Zat utama dikompresi di bawah pengaruh gravitasi dan berbentuk bola, yang kedalamannya memanas.

Terjadi proses pencampuran, terjadi reaksi kimia, batuan yang lebih ringan terhimpit dari kedalaman ke permukaan dan membentuk kerak bumi, batuan yang berat tetap berada di dalamnya. Pemanasan disertai dengan aktivitas gunung berapi yang dahsyat, uap dan gas keluar.

Letak planet-planet dengan urutan sebagai berikut dari Matahari: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto.

Planet kebumian memiliki cangkang padat, berbeda dengan planet raksasa yang memiliki cangkang gas. Planet raksasa berukuran beberapa kali lebih besar dari planet kebumian. Planet raksasa memiliki kepadatan rata-rata yang rendah dibandingkan planet lain. Planet-planet kebumian memiliki kerak, mantel, dan inti, sedangkan di Jupiter, gas hidrogen yang terkandung di atmosfer mula-mula berubah menjadi cairan, kemudian menjadi fase logam padat. Munculnya keadaan agregat hidrogen tersebut dikaitkan dengan peningkatan tekanan yang tajam saat seseorang menyelam ke kedalaman. Planet raksasa juga memiliki atmosfer dan cincin yang kuat.

Bibliografi

1.Gromov A.N. Tata surya yang menakjubkan. M.: Eksmo, 2012. -470 hal. Dengan. 12-15, 239-241, 252-254, 267-270.

2.Guseikhanov M.K. Konsep ilmu pengetahuan alam modern: Buku Ajar. M.: "Dashkov and Co", 2007. - 540 hal. Dengan. 309, 310-312, 317-319, 315-316.

.Dubnischeva T.Ya. Konsep ilmu pengetahuan alam modern: buku teks untuk mahasiswa. M.: "Akademi", 2006. - 608 hal. Dengan. 379, 380

.Ciri-ciri planet raksasa: #"justify">. Struktur Tata Surya: http://o-planete.ru/zemlya-i-vselennaya/stroenie-solnetchnoy-sistem.html

bimbingan belajar

Butuh bantuan mempelajari suatu topik?

Spesialis kami akan memberi saran atau memberikan layanan bimbingan belajar tentang topik yang Anda minati.
Kirimkan lamaran Anda menunjukkan topik saat ini untuk mengetahui kemungkinan mendapatkan konsultasi.

Menceritakan kembali kisah lahirnya tata surya kita sangatlah monoton selama bertahun-tahun. Semuanya dimulai miliaran tahun yang lalu dengan awan gas dan debu yang gelap dan berputar perlahan. Awan berkontraksi, membentuk Matahari sebagai pusatnya. Seiring waktu, delapan planet dan banyak benda kecil seperti . Sejak itu, planet-planet mengelilingi Matahari dan pergerakannya tepat dan dapat diprediksi seperti jarum jam.

Baru-baru ini, para astronom menemukan fakta yang membantah kisah lama tersebut. Dibandingkan dengan desain ribuan sistem planet ekstrasurya yang baru ditemukan, ciri-ciri paling khas tata surya kita – planet berbatu di bagian dalam, raksasa gas luar, dan tidak adanya planet dalam orbit Merkurius – terlihat agak aneh. Dengan mensimulasikan masa lalu di komputer, kita melihat bahwa kebiasaan ini adalah hasil dari masa muda yang liar. Sejarah tata surya perlu ditulis ulang untuk memasukkan lebih banyak drama dan kekacauan daripada yang kita duga.

Versi baru dari kisah ini menceritakan tentang planet-planet pengembara yang diusir dari tempat tinggal mereka, tentang dunia yang hilang yang sudah lama musnah dalam api neraka Matahari, dan tentang raksasa-raksasa kesepian yang ditinggalkan di kedalaman dingin di tepi ruang antarbintang. Dengan mempelajari peristiwa-peristiwa kuno ini dan “bekas luka” yang ditinggalkannya, seperti usulan planet kesembilan yang mungkin bersembunyi di luar orbit Pluto, para astronom membangun gambaran yang koheren tentang era pembentukan tata surya yang paling penting dengan latar belakang pemahaman baru tentang proses kosmik.

Tata Surya Klasik

Planet adalah produk sampingan dari pembentukan bintang, yang terjadi di kedalaman awan molekul raksasa yang massanya melebihi Matahari kita sebanyak 10 ribu kali lipat. Kepadatan individu di awan dikompresi di bawah pengaruh gravitasi, membentuk protobintang bercahaya di pusatnya, dikelilingi oleh cincin gas dan debu buram lebar - piringan protoplanet.

Selama beberapa dekade, para ahli teori telah memodelkan piringan protoplanet Matahari kita, mencoba menjelaskan salah satu ciri terpenting Tata Surya: pembagiannya menjadi kelompok planet berbatu dan gas. Periode orbit keempat planet mirip Bumi tersebut berada antara Merkurius 88 hari dan Mars 687 hari. Sebaliknya, raksasa gas yang diketahui berada pada orbit yang jauh lebih jauh dengan periode berkisar antara 12 hingga 165 tahun dan bersama-sama memiliki massa lebih dari 150 kali lipat massa planet kebumian.

Kedua jenis planet tersebut diyakini lahir dalam satu proses pembentukan di mana butiran debu padat, berlomba dalam pusaran turbulen piringan gas, bertabrakan dan saling menempel membentuk benda berskala kilometer yang disebut planetesimal (mirip dengan planet yang tidak tersapu). lantai dapur Anda, arus udara dan gaya elektrostatis menggulung partikel debu). Planetesimal terbesar memiliki tarikan gravitasi terbesar dan tumbuh lebih cepat dibandingkan planet lain, menarik partikel kecil ke orbitnya. Mungkin selama satu juta tahun, dalam proses kompresi dari awan, piringan protoplanet Tata Surya kita, seperti piringan lainnya di Alam Semesta, dipenuhi dengan embrio planet seukuran Bulan.

Embrio terbesar terletak tepat di luar sabuk asteroid modern, cukup jauh dari cahaya dan panas matahari yang baru lahir, tempat es tersimpan di piringan protoplanet. Di luar “batas es” ini, embrio dapat memakan banyak endapan es pembentuk planet dan tumbuh hingga ukuran yang sangat besar. Seperti biasa, “yang kaya semakin kaya”: embrio terbesar tumbuh lebih cepat dibandingkan embrio lainnya, menyerap sebagian besar es, gas, dan debu yang tersedia dari piringan di sekitarnya dengan medan gravitasinya. Hanya dalam waktu sekitar satu juta tahun, embrio rakus ini tumbuh begitu besar hingga menjadi planet Jupiter. Ini adalah momen yang menentukan, pikir para ahli teori, ketika arsitektur tata surya terbelah menjadi dua. Setelah tertinggal di belakang Jupiter, planet-planet raksasa lainnya di tata surya ternyata berukuran lebih kecil karena mereka tumbuh lebih lambat, dengan gravitasinya hanya menangkap gas yang tidak sempat ditangkap oleh Jupiter. Dan planet-planet bagian dalam ternyata jauh lebih kecil karena mereka lahir di dalam batas es, di mana piringannya hampir tidak mengandung gas dan es.

Revolusi eksoplanet

Ketika para astronom mulai menemukan exoplanet dua dekade lalu, mereka mulai menguji teori pembentukan tata surya dalam skala galaksi. Banyak dari exoplanet pertama yang ditemukan ternyata adalah “Jupiter panas”, yaitu raksasa gas yang mengorbit bintangnya dengan cepat dalam periode hanya beberapa hari. Keberadaan planet-planet raksasa yang begitu dekat dengan permukaan bintang yang menyala-nyala, sehingga tidak ada es sama sekali, sepenuhnya bertentangan dengan gambaran klasik pembentukan planet. Untuk menjelaskan paradoks ini, para ahli teori mengusulkan bahwa Jupiter panas terbentuk jauh dan kemudian bermigrasi ke dalam.

Selain itu, berdasarkan data dari ribuan exoplanet yang ditemukan dalam survei seperti yang dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa Kepler milik NASA, para astronom sampai pada kesimpulan yang mengkhawatirkan bahwa kembaran tata surya cukup langka. Sistem planet rata-rata berisi satu atau lebih Bumi super (planet yang beberapa kali lebih besar dari Bumi) dengan periode orbit kurang dari 100 hari. Dan planet-planet raksasa seperti Yupiter dan Saturnus hanya terdapat pada 10% bintang, dan bahkan lebih jarang lagi planet-planet tersebut bergerak dalam orbit yang hampir melingkar.

Kecewa dengan harapan mereka, para ahli teori menyadari bahwa “beberapa detail penting” dari teori klasik pembentukan sistem planet kita memerlukan penjelasan yang lebih baik. Mengapa tata surya bagian dalam memiliki massa yang sangat rendah dibandingkan dengan planet ekstrasurya? Alih-alih super-Bumi, ia memiliki planet-planet kecil dan berbatu, dan tidak ada planet yang berada dalam orbit Merkurius selama 88 hari. Dan mengapa orbit planet-planet raksasa di dekat Matahari begitu bulat dan lebar?

Jelas sekali, jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini terletak pada kekurangan teori klasik pembentukan planet, yang tidak memperhitungkan variabilitas piringan protoplanet. Ternyata planet yang baru lahir, seperti rakit penyelamat di lautan, bisa hanyut jauh dari tempat kelahirannya. Setelah planet tumbuh, gravitasinya mulai mempengaruhi piringan di sekitarnya, menimbulkan gelombang spiral di dalamnya, yang gravitasinya sudah mempengaruhi pergerakan planet itu sendiri, menciptakan umpan balik positif dan negatif yang kuat antara planet dan piringan. Akibatnya, pertukaran momentum dan energi yang tidak dapat diubah dapat terjadi, memungkinkan planet-planet muda untuk memulai perjalanan epik melintasi piringan induknya.

Jika kita memperhitungkan proses migrasi planet, maka batas-batas es di dalam piringan tidak lagi memainkan peran khusus dalam pembentukan struktur sistem planet. Misalnya, planet raksasa yang lahir di luar batas es dapat menjadi Jupiter panas dengan melayang menuju pusat piringan, yaitu bergerak bersama gas dan debu dalam bentuk spiral menuju bintang. Masalahnya adalah proses ini bekerja terlalu baik dan tampaknya terjadi di semua piringan protoplanet. Lalu bagaimana menjelaskan jarak orbit Jupiter dan Saturnus mengelilingi Matahari?

Perubahan taktik

Petunjuk pertama mengenai penjelasan yang meyakinkan datang pada tahun 2001 dari model komputer oleh Frederic Masset dan Mark Snellgrove dari Queen Mary University of London. Mereka mensimulasikan evolusi simultan orbit Saturnus dan Jupiter di piringan protoplanet Matahari. Karena massa Saturnus yang lebih kecil, migrasinya menuju pusat lebih cepat dibandingkan Jupiter, sehingga menyebabkan orbit kedua planet bergerak semakin berdekatan. Akhirnya orbitnya mencapai konfigurasi tertentu yang dikenal sebagai resonansi gerak rata-rata, di mana Jupiter mengorbit Matahari tiga kali untuk setiap dua periode orbit Saturnus.

Dua planet yang terhubung melalui resonansi gerak rata-rata dapat bertukar momentum dan energi satu sama lain, seperti permainan lempar kentang panas antarplanet. Karena sifat gangguan resonansi yang terkoordinasi, kedua planet memberikan pengaruh gravitasi yang meningkat terhadap satu sama lain dan terhadap lingkungannya. Dalam kasus Jupiter dan Saturnus, “ayunan” ini memungkinkan mereka untuk secara kolektif mempengaruhi piringan protoplanet dengan massanya, menciptakan celah besar di dalamnya dengan Jupiter di bagian dalam dan Saturnus di bagian luar. Selain itu, karena massanya yang lebih besar, Jupiter menarik piringan bagian dalam lebih kuat daripada piringan luar Saturnus. Paradoksnya, hal ini menyebabkan kedua planet mengubah gerakannya dan mulai menjauh dari Matahari. Perubahan arah migrasi yang begitu tajam ini sering disebut dengan perubahan taktik (grand tack) karena kemiripannya dengan gerakan perahu layar yang bergerak melawan angin.

Pada tahun 2011, sepuluh tahun setelah konsep perubahan taktik lahir, model komputer yang dibuat oleh Kevin J. Walsh dan rekan-rekannya di Observatorium Côte d'Azur di Nice, Prancis, menunjukkan bahwa gagasan tersebut mampu menjelaskan lebih dari sekadar konsep perubahan taktik. sejarah dinamis Yupiter dan Saturnus, tetapi juga sebaran asteroid berbatu dan es, serta massa Mars yang rendah. Saat Jupiter bermigrasi ke dalam, pengaruh gravitasinya menangkap dan menggerakkan planetesimal dalam perjalanannya melalui piringan, menyendok dan mendorongnya ke depan seperti buldoser. Jika kita berasumsi bahwa Jupiter, sebelum berbalik, bermigrasi menuju Matahari sejauh orbit Mars saat ini, maka ia dapat menyeret balok-balok es dengan massa total lebih dari sepuluh massa Bumi ke dalam wilayah planet mirip Bumi. tata surya, memperkayanya dengan air dan zat mudah menguap lainnya. Proses yang sama bisa saja menciptakan batas luar yang jelas di bagian dalam piringan protoplanet, menghentikan pertumbuhan embrio planet di dekatnya, yang akhirnya menjadi apa yang kita sebut Mars saat ini.

Serangan Yupiter

Meskipun skenario tahun 2011 menarik, relevansinya dengan misteri tata surya kita yang belum terpecahkan, seperti tidak adanya planet dalam orbit Merkurius, masih belum jelas. Dibandingkan dengan sistem planet lain di mana Bumi super padat, sistem planet kita tampak hampir kosong. Apakah tata surya kita benar-benar melewatkan tahap penting pembentukan planet seperti yang kita lihat di seluruh alam semesta? Pada tahun 2015, kami berdua (Konstantin Batygin dan Gregory Laughlin) mengamati bagaimana perubahan taktik dapat mempengaruhi kelompok hipotetis Bumi super yang dekat dengan Matahari. Kesimpulan kami sangat mencengangkan: Bumi super tidak akan selamat dari perubahan taktik ini. Sungguh luar biasa bahwa migrasi masuk dan keluar Yupiter dapat menjelaskan banyak sifat planet yang kita ketahui, serta yang tidak diketahui.

Saat Yupiter terjun ke dalam tata surya bagian dalam, pengaruhnya yang menghancurkan terhadap planetesimal akan mengganggu orbit melingkarnya yang rapi, mengubahnya menjadi jalinan lintasan yang berpotongan dan kacau balau. Beberapa planetesimal pasti bertabrakan dengan kekuatan besar, pecah menjadi pecahan-pecahan yang pasti menyebabkan tabrakan dan kehancuran lebih lanjut. Oleh karena itu, migrasi Jupiter ke dalam kemungkinan besar memicu serangkaian dampak yang menghancurkan planetesimal, menghancurkannya hingga seukuran batu besar, kerikil, dan pasir.

Di bawah pengaruh gesekan tumbukan dan gaya tarik aerodinamis di bagian dalam piringan protoplanet yang mengandung gas, planetesimal yang hancur dengan cepat kehilangan energinya dan berputar mendekati Matahari. Selama musim gugur ini, mereka dapat dengan mudah ditangkap dalam resonansi baru yang terkait dengan Bumi super mana pun yang dekat dengan mereka.

Oleh karena itu, perubahan taktik Yupiter dan Saturnus mungkin telah menyebabkan serangan dahsyat terhadap populasi planet dalam primordial tata surya. Ketika bekas Bumi super jatuh ke Matahari, mereka akan meninggalkan wilayah terpencil di nebula protoplanet, yang diperpanjang hingga periode orbit sekitar 100 hari. Akibatnya, manuver cepat Jupiter melalui Tata Surya muda menyebabkan munculnya cincin puing-puing batuan yang agak sempit, tempat planet-planet kebumian terbentuk ratusan juta tahun kemudian. Pertemuan peristiwa acak yang menghasilkan koreografi halus ini menunjukkan bahwa planet kecil berbatu seperti Bumi—dan mungkin bahkan kehidupan di dalamnya—harus langka di alam semesta.

Model yang bagus

Pada saat Jupiter dan Saturnus kembali dari penjelajahan mereka ke Tata Surya bagian dalam, piringan gas dan debu protoplanet telah sangat terkuras. Akhirnya pasangan resonansi Jupiter dan Saturnus mendekati Uranus dan Neptunus yang baru terbentuk, dan mungkin benda lain dengan ukuran serupa. Dengan menggunakan efek pengereman gravitasi dalam gas, duo dinamis ini juga menangkap raksasa-raksasa yang lebih kecil ini ke dalam resonansi. Jadi, ketika sebagian besar gas meninggalkan piringan, arsitektur bagian dalam Tata Surya kemungkinan besar terdiri dari cincin puing-puing batuan di sekitar orbit Bumi saat ini.

Di wilayah luar sistem terdapat kelompok kompak dan beresonansi yang terdiri dari setidaknya empat planet raksasa yang bergerak dalam orbit hampir melingkar antara orbit Yupiter saat ini dan sekitar setengah jarak ke orbit Neptunus saat ini. Di bagian luar piringan, di luar orbit planet raksasa terluar, di ujung terdingin tata surya, planetesimal es bergerak. Selama ratusan juta tahun, planet-planet kebumian terbentuk, dan planet-planet luar yang tadinya bergejolak berubah menjadi keadaan yang bisa disebut stabil. Namun, ini bukanlah tahap akhir dalam evolusi Tata Surya.

Perubahan taktik dan serangan Jupiter menyebabkan ledakan kekerasan antarplanet terakhir dalam sejarah Tata Surya, menerapkan sentuhan terakhir yang membawa susunan planet Matahari kita hampir mencapai konfigurasi yang kita lihat sekarang. Episode terakhir ini, yang disebut pemboman besar-besaran akhir, terjadi antara 4,1 dan 3,8 miliar tahun yang lalu, ketika tata surya untuk sementara berubah menjadi arena tembak. dipenuhi dengan banyak planetesimal yang bertabrakan. Saat ini, bekas dampaknya terlihat sebagai kawah di permukaan Bulan.

Bekerja dengan beberapa rekan di Observatorium Côte d'Azur di Nice pada tahun 2005, salah satu dari kami (Alessandro Morbidelli) menciptakan apa yang disebut model Nice untuk menjelaskan bagaimana interaksi antara planet-planet raksasa dapat menyebabkan pemboman besar-besaran yang terjadi akhir-akhir ini. Saat taktik berakhir, pola Nice dimulai.

Planet-planet raksasa yang letaknya berdekatan masih bergerak dalam resonansi timbal balik dan masih merasakan lemahnya pengaruh gravitasi planetesimal es di sekitarnya. Faktanya, mereka berada di ambang ketidakstabilan. Terakumulasi dalam jutaan revolusi orbit selama ratusan juta tahun, setiap pengaruh planetesimal luar yang tidak signifikan sedikit demi sedikit mengubah pergerakan para raksasa, perlahan-lahan menghilangkan mereka dari keseimbangan resonansi yang menghubungkan mereka satu sama lain. Titik balik terjadi ketika salah satu raksasa tidak beresonansi dengan yang lain, sehingga mengganggu keseimbangan dan memicu serangkaian gangguan yang saling kacau di planet-planet, yang menggeser Yupiter sedikit ke dalam sistem, dan raksasa lainnya ke luar. Selama jangka waktu beberapa juta tahun yang sangat singkat, wilayah terluar Tata Surya mengalami transisi tajam dari orbit yang padat dan hampir melingkar ke konfigurasi yang menyebar dan tidak teratur dengan planet-planet yang bergerak dalam orbit yang lebar dan memanjang. Interaksi antara planet-planet raksasa itu begitu kuat sehingga satu atau bahkan beberapa di antaranya mungkin terlempar jauh melampaui tata surya ke ruang antarbintang.

Jika evolusi dinamis berhenti di situ, maka struktur wilayah terluar Tata Surya akan sesuai dengan gambaran yang kita lihat di banyak sistem eksoplanet, di mana raksasa bergerak mengelilingi bintangnya dalam orbit yang eksentrik. Untungnya, piringan planetesimal es yang sebelumnya menyebabkan gangguan pada pergerakan planet-planet raksasa kemudian membantu menghilangkannya dengan berinteraksi dengan orbitnya yang memanjang. Melewati dekat Jupiter dan planet raksasa lainnya, planetesimal secara bertahap menghilangkan energi gerakan orbitnya dan dengan demikian membulatkan orbitnya. Pada saat yang sama, sebagian besar planetesimal terlempar keluar dari pengaruh gravitasi Matahari, namun beberapa tetap berada pada orbitnya, membentuk piringan “sampah” es yang sekarang kita sebut Sabuk Kuiper.

Rencana:

Perkenalan . 3

1. Hipotesis tentang asal usul tata surya .. 3

2. Teori modern tentang asal usul tata surya .. 5

3. Matahari adalah pusat sistem planet kita .. 7

4. Planet kebumian .. 8

5. Planet raksasa .. 9

Kesimpulan . 11

Daftar literatur bekas .. 12

Perkenalan

Tata surya terdiri dari benda langit pusat - bintang Matahari, 9 planet besar yang mengorbit di sekitarnya, satelitnya, banyak planet kecil - asteroid, banyak komet, dan medium antarplanet. Planet-planet besar disusun menurut jaraknya dari Matahari sebagai berikut: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto. Tiga planet terakhir hanya bisa diamati dari Bumi melalui teleskop. Sisanya terlihat seperti lingkaran terang dan telah dikenal orang sejak zaman kuno.

1. Hipotesis tentang asal usul tata surya

Saat ini, banyak hipotesis yang diketahui tentang asal usul tata surya, termasuk hipotesis yang diajukan secara independen oleh filsuf Jerman I. Kant (1724-1804) dan ahli matematika dan fisikawan Prancis P. Laplace (1749-1827). Sudut pandang I. Kant adalah perkembangan evolusioner nebula debu dingin, di mana pertama-tama sebuah benda masif di pusatnya - Matahari - muncul, dan kemudian planet-planet lahir. P. Laplace menganggap nebula aslinya berbentuk gas dan sangat panas, dalam keadaan berputar cepat. Terkompresi di bawah pengaruh gravitasi universal, nebula, karena hukum kekekalan momentum sudut, berputar semakin cepat. Di bawah pengaruh gaya sentrifugal besar yang timbul selama rotasi cepat di sabuk khatulistiwa, cincin-cincin secara berurutan dipisahkan darinya, berubah menjadi planet sebagai akibat dari pendinginan dan kondensasi. Jadi, menurut teori P. Laplace, planet-planet terbentuk sebelum Matahari. Terlepas dari perbedaan antara kedua hipotesis yang sedang dipertimbangkan, keduanya berangkat dari gagasan yang sama - Tata surya muncul sebagai hasil perkembangan alami nebula. Oleh karena itu gagasan ini kadang-kadang disebut hipotesis Kant-Laplace. Namun gagasan ini harus ditinggalkan karena banyaknya kontradiksi matematika, dan digantikan oleh beberapa “teori pasang surut”.

Teori paling terkenal dikemukakan oleh Sir James Jeans, seorang pemopuler astronomi yang terkenal pada tahun-tahun antara Perang Dunia Pertama dan Kedua. (Dia juga seorang ahli astrofisika terkemuka, dan baru pada akhir karirnya dia beralih menulis buku untuk pemula.)

Beras. 1. Teori pasang surut Jeans. Sebuah bintang melintas di dekat Matahari,

mengeluarkan zat darinya (Gbr. A dan B); planet-planet sedang terbentuk

dari bahan ini (Gbr. C)

Menurut Jeans, materi planet “dirobek” dari Matahari di bawah pengaruh bintang terdekat, dan kemudian terpecah menjadi beberapa bagian, membentuk planet. Selain itu, planet terbesar (Saturnus dan Yupiter) terletak di pusat sistem planet, tempat dulunya bagian menebal dari nebula berbentuk cerutu.

Jika memang demikian, maka sistem planet akan menjadi kejadian yang sangat langka, karena bintang-bintang dipisahkan satu sama lain oleh jarak yang sangat jauh, dan sangat mungkin bahwa sistem planet kita dapat diklaim sebagai satu-satunya di Galaksi. Namun para ahli matematika kembali menyerang, dan akhirnya teori pasang surut memasukkan cincin gas Laplace ke dalam tong sampah ilmu pengetahuan.

2. Teori modern tentang asal usul tata surya

Menurut gagasan modern, planet-planet di tata surya terbentuk dari awan gas dan debu dingin yang mengelilingi Matahari miliaran tahun yang lalu. Sudut pandang ini paling konsisten tercermin dalam hipotesis ilmuwan Rusia, akademisi O.Yu. Schmidt (1891-1956), yang menunjukkan bahwa permasalahan kosmologi dapat diselesaikan melalui upaya bersama dari astronomi dan ilmu kebumian, terutama geografi, geologi, dan geokimia. Hipotesis ini didasarkan pada O.Yu. Schmidt adalah gagasan pembentukan planet dengan menggabungkan benda padat dan partikel debu. Awan gas dan debu yang muncul di dekat Matahari awalnya terdiri dari 98% hidrogen dan helium. Unsur-unsur yang tersisa mengembun menjadi partikel debu. Pergerakan acak gas di awan dengan cepat berhenti: digantikan oleh pergerakan tenang awan mengelilingi Matahari.

Berdasarkan ciri fisiknya, semua planet dibagi menjadi dua kelompok. Salah satunya terdiri dari planet kebumian yang relatif kecil - Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Zatnya mempunyai massa jenis yang relatif tinggi: rata-rata sekitar 5,5 g/cm 3, yaitu 5,5 kali massa jenis air. Kelompok lainnya terdiri dari planet-planet raksasa: Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Planet-planet ini mempunyai massa yang sangat besar. Jadi, massa Uranus sama dengan 15 massa bumi, dan Yupiter sama dengan 318 massa. Planet-planet raksasa sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium, dan massa jenis rata-rata materinya mendekati massa jenis air. Rupanya planet-planet tersebut tidak memiliki permukaan padat seperti permukaan planet kebumian. Tempat khusus ditempati oleh planet kesembilan - Pluto, ditemukan pada Maret 1930. Secara ukuran, planet ini lebih dekat dengan planet kebumian. Baru-baru ini diketahui bahwa Pluto adalah planet ganda: terdiri dari badan pusat dan satelit yang sangat besar. Kedua benda langit tersebut berputar mengelilingi pusat massa yang sama.

3. Matahari adalah pusat sistem planet kita

Matahari merupakan bintang yang paling dekat dengan Bumi, yaitu bola plasma panas. Ini adalah sumber energi yang sangat besar: kekuatan radiasinya sangat tinggi - sekitar 3,86 × 10 23 kW. Setiap detik Matahari mengeluarkan panas dalam jumlah yang cukup untuk mencairkan lapisan es yang mengelilingi bumi, setebal seribu kilometer. Matahari memainkan peran luar biasa dalam kemunculan dan perkembangan kehidupan di Bumi. Sebagian kecil energi matahari mencapai Bumi, berkat keadaan gas di atmosfer bumi yang dipertahankan, permukaan tanah dan badan air terus-menerus memanas, dan aktivitas vital hewan dan tumbuhan terjamin. Sebagian energi matahari disimpan di perut bumi dalam bentuk batu bara, minyak bumi, dan gas alam.

Matahari mempunyai pengaruh yang nyata tidak hanya pada proses alam seperti cuaca dan magnetisme bumi, tetapi juga pada biosfer - flora dan fauna di bumi, termasuk manusia.

4. Planet kebumian

Tabel 1

Jarak rata-rata dalam tabel. 1 diberikan dalam satuan astronomi (AU); 1 a.u. sama dengan jarak rata-rata Bumi dari Matahari (1 AU = 1,5 · 10 8 km.). Planet yang paling masif adalah Bumi: massanya 5,89 · 10 24 kg.

Planet-planet dan komposisi atmosfernya sangat berbeda, seperti dapat dilihat dari Tabel. 2, yang menunjukkan komposisi kimia atmosfer Bumi, Venus dan Mars.

Tabel 2

Merkurius adalah planet terkecil di kelompok terestrial. Planet ini tidak mampu mempertahankan komposisi atmosfer yang menjadi ciri khas Bumi, Venus, dan Mars. Atmosfernya sangat tipis dan mengandung Ar, Ne, He. Dari meja 5.2 terlihat bahwa atmosfer bumi memiliki kandungan oksigen dan uap air yang relatif tinggi, sehingga menjamin keberadaan biosfer. Di Venus dan Mars, atmosfernya mengandung karbon dioksida dalam jumlah besar dengan kandungan oksigen dan uap air yang sangat rendah - semua ini merupakan tanda khas tidak adanya kehidupan di planet-planet tersebut. Tidak ada kehidupan di Merkurius: kekurangan oksigen, air, dan suhu siang hari yang tinggi (620 K) menghambat perkembangan sistem kehidupan. Pertanyaannya tetap terbuka tentang keberadaan beberapa bentuk kehidupan di Mars di masa lalu.

Planet Merkurius dan Venus tidak mempunyai satelit. Satelit alami Mars adalah Phobos dan Deimos.

5. Planet raksasa

Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus dianggap sebagai planet raksasa. Jupiter, planet terjauh kelima dari Matahari dan planet terbesar di Tata Surya, terletak pada jarak rata-rata dari Matahari sebesar 5,2 AU. Jupiter adalah sumber emisi radio termal yang kuat, memiliki sabuk radiasi dan magnetosfer yang luas. Planet ini memiliki 16 satelit dan dikelilingi oleh cincin selebar sekitar 6 ribu km.

Saturnus adalah planet terbesar kedua di tata surya. Saturnus dikelilingi oleh cincin yang terlihat jelas melalui teleskop. Mereka pertama kali diamati pada tahun 1610 oleh Galileo menggunakan teleskop yang ia ciptakan. Cincin adalah sistem datar dari banyak satelit kecil di planet ini. Saturnus memiliki 17 bulan dan memiliki sabuk radiasi.

Uranus merupakan planet ketujuh di tata surya berdasarkan urutan jaraknya dari Matahari. Terdapat 15 satelit yang mengorbit Uranus: 5 di antaranya ditemukan dari Bumi, dan 10 diamati menggunakan pesawat ruang angkasa Voyager 2. Uranus juga memiliki sistem cincin.

Neptunus, salah satu planet terjauh dari Matahari, terletak pada jarak sekitar 30 AU. Periode orbitnya adalah 164,8 tahun. Neptunus memiliki enam bulan. Keterpencilannya dari Bumi membatasi kemungkinan penelitiannya.

Planet Pluto tidak termasuk dalam kelompok kebumian atau termasuk dalam planet raksasa. Ini adalah planet yang relatif kecil: diameternya sekitar 3000 km. Pluto dianggap sebagai planet ganda. Satelitnya, yang diameternya kira-kira 3 kali lebih kecil, bergerak pada jarak hanya sekitar 20.000 km dari pusat planet, melakukan satu revolusi dalam 4,6 hari.

Bumi, satu-satunya planet yang hidup, menempati tempat khusus di tata surya.

Kesimpulan

Dengan demikian, teori modern jauh lebih masuk akal, yang anehnya lebih mirip dengan gagasan Laplace daripada teori Jeans. Planet-planet tersebut diperkirakan terkondensasi dari awan materi kosmik yang terkait dengan Matahari muda, sehingga usia mereka semua berdekatan. Hal ini menjelaskan mengapa tata surya jelas terbagi menjadi dua bagian. Di dekat Matahari, suhunya sangat tinggi, sehingga gas ringan seperti hidrogen dan helium terdorong ke pinggiran, dan unsur-unsur yang lebih berat terakumulasi di planet bagian dalam. Selanjutnya, suhu turun dan unsur-unsur ringan menjadi mungkin: oleh karena itu, planet-planet raksasa, tidak seperti anggota internal sistem, tidak padat dan berbatu. Memang benar, planet-planet raksasa mungkin memiliki inti padat, namun sebagian besar berbentuk cair, dengan atmosfer yang sangat tebal dan kaya akan hidrogen dan helium.

Proses pembentukan Tata Surya tidak dapat dianggap dipelajari secara menyeluruh, dan hipotesis yang diajukan tidak dapat dianggap sempurna. Misalnya, hipotesis modern tidak memperhitungkan pengaruh interaksi elektromagnetik selama pembentukan planet. Klarifikasi mengenai hal ini dan masalah lainnya adalah masalah yang harus diselesaikan di masa depan.

Daftar literatur bekas

1. Karpenkov S.Kh. Konsep Ilmu Pengetahuan Alam Modern: Buku Ajar Perguruan Tinggi / M.: Academic Prospect, 2001.

2. Moore P. Astronomi dengan Patrick Moore. Per. dari bahasa Inggris K. Savelyeva/M.: FAIR-PRESS, 2001.

3. Samygina S.I. “Konsep ilmu pengetahuan alam modern”/Rostov n/D: “Phoenix”, 1997.

4. Einstein A. Evolusi Fisika / M.: Dunia Berkelanjutan, 2001.

Dan partikel meteor kecil dan partikel debu yang tak terhitung jumlahnya. Sembilan planet satelit utama Matahari, tetapi massa totalnya 743 kali lebih kecil. Massa total semua benda kecil di Tata Surya, termasuk awan komet, adalah .

Karena Matahari adalah salah satu pertanyaan tentang asal usul dan perkembangannya dipertimbangkan secara teori, dan dalam studi tentang asal usul tata surya, pertanyaan yang paling menarik adalah pembentukan planet, khususnya Bumi. Klarifikasi tentang asal usul dan perkembangan Bumi merupakan hal yang sangat penting secara mendasar dan praktis.

Upaya sedang dilakukan untuk mencari sistem planet di sekitar bintang yang paling dekat dengan kita (lihat). Sesuai dengan modern gagasan tentang bintang dengan sistem planet dapat menjadi kelas peralihan antara bintang tunggal dan ganda. Ada kemungkinan bahwa struktur sistem planet dan metode pembentukannya bisa sangat berbeda. Struktur Tata Surya memiliki sejumlah pola yang menunjukkan gabungan pembentukan semua planet dan Matahari dalam satu proses.

Pola-pola tersebut adalah: pergerakan semua planet dalam satu arah sepanjang elips. orbitnya terletak hampir pada bidang yang sama; rotasi Matahari dalam arah yang sama pada sumbunya mendekati tegak lurus bidang pusat sistem planet; rotasi ke arah yang sama dengan sebagian besar planet (kecuali Venus, yang berputar sangat lambat ke arah yang berlawanan, dan Uranus, yang berputar seolah-olah berbaring miring); rotasi sebagian besar satelit planet ke arah yang sama; peningkatan alami jarak planet-planet dari Matahari; pembagian planet menjadi kelompok-kelompok terkait yang berbeda massa dan kimianya. komposisi dan jumlah satelit (kelompok planet kebumian yang dekat dengan Matahari dan planet raksasa yang jauh dari Matahari, juga dibagi menjadi dua kelompok); adanya sabuk planet kecil antara orbit Mars dan Jupiter.

2. Perkembangan kosmogoni planet

Pada tahun 1775, Jerman. ilmuwan I. Kant mencoba menjelaskan keseragaman pergerakan planet-planet melalui pembentukannya dari materi yang tersebar (awan debu), meluas hingga batas-batas zaman modern. sistem planet dan mengorbit Matahari.

Pada tahun 1796 Perancis. ilmuwan P. Laplace mengajukan hipotesis tentang pembentukan Matahari dan seluruh tata surya dari nebula gas yang berkontraksi. Menurut Laplace, bagian zat gas yang terpisah dari bekuan pusatnya dipengaruhi oleh gaya sentrifugal yang meningkat selama kompresi, yang mengikuti hukum kekekalan momentum sudut. Zat ini berfungsi sebagai bahan pembentukan planet. Baik Kant maupun Laplace mempertimbangkan pembentukan planet dari materi yang tersebar, dan oleh karena itu mereka sering berbicara tentang hipotesis terpadu Kant-Laplace. Hipotesis Laplace telah mendominasi pikiran para ilmuwan sejak lama, namun kesulitan yang dihadapinya, khususnya dalam menjelaskan lambatnya zaman modern. rotasi Matahari, memaksa para astronom beralih ke hipotesis lain. Pada akhir abad ke-19. Hipotesis Amer muncul. ilmuwan F. Multon dan T. Chamberlain tentang pembentukan planet dari partikel padat kecil, yang mereka sebut planetesimal. Mereka secara keliru percaya bahwa planetesimal yang mengorbit Matahari bisa saja muncul karena pemadatan materi yang dikeluarkan Matahari dalam bentuk tonjolan-tonjolan besar. (Pembentukan planetesimal seperti itu bertentangan dengan hukum kekekalan momentum sudut.) Pada saat yang sama, hipotesis planetesimal dengan tepat menguraikan banyak ciri proses pembentukan planet. Pada usia 20-30an. abad ke-20 Hipotesis Inggris dikenal luas. astronom J. Jeans, yang percaya bahwa planet-planet terbentuk dari materi yang terkoyak dari Matahari akibat gravitasi bintang yang lewat. Namun, di akhir tahun 30an. Ternyata hipotesis Jeans tidak mampu menjelaskan besarnya ukuran sistem planet. Untuk merebut materi dari Matahari, bintang harus terbang sangat dekat dengannya, dan dalam hal ini materi tersebut dan planet-planet yang muncul darinya harus berputar di sekitar Matahari. Selain itu, material yang dikeluarkan akan cukup panas, sehingga akan menyebar ke luar angkasa dibandingkan berkumpul di planet. Setelah hipotesis Jeans runtuh, kosmogoni planet kembali ke kosmogoni klasik. gagasan Kant dan Laplace tentang pembentukan planet dari materi tersebar.

Pada tahun 1943 O.Yu. Schmidt mengemukakan gagasan tentang akumulasi planet-planet dari segerombolan benda dan partikel dingin, yang menurut gagasannya ditangkap oleh Matahari. Berbeda dengan kosmogonik sebelumnya. hipotesis yang mempertimbangkan terbentuknya planet dari gumpalan gas panas, menurut hipotesis Schmidt, Bumi terbentuk dari padatan dingin dan pada mulanya relatif dingin.

Schmidt percaya bahwa pertanyaan tentang asal usul awan praplanet, pembentukan planet, dan evolusinya sampai batas tertentu dapat dipertimbangkan secara independen. Karya Schmidt dan sejumlah ilmuwan Soviet lainnya (L.E. Gurevich, A.I. Lebedinsky, B.Yu. Levin, V.S. Safronov) memperjelas dasar tersebut. ciri-ciri evolusi awan protoplanet dan proses pembentukan planet.

Seluruh proses dapat dibagi menjadi dua tahap. Pada tahap pertama, banyak benda “perantara” berukuran ratusan kilometer terbentuk dari komponen debu awan. Proses ini dapat berjalan sebagai berikut. Dalam awan debu-gas yang berputar, debu, di bawah pengaruh gravitasi, jatuh ke bidang pusat, yang menyebabkan terbentuknya subdisk debu; ketika lapisan debu mencapai kritis. kepadatan sebagai akibatnya, subdisk terpecah menjadi banyak konsentrasi debu; tumbukan kondensasi menyebabkan penyatuan dan kompresi sebagian besar kondensasi dan pembentukan benda padat seukuran asteroid. Pada tahap kedua, planet-planet terakumulasi dari segerombolan benda “perantara” dan dari puing-puing. Pada awalnya, benda-benda tersebut bergerak dalam orbit melingkar pada bidang lapisan debu yang melahirkannya. Mereka tumbuh, bergabung satu sama lain dan mengambil materi yang tersebar di sekitarnya - sisa-sisa debu dan puing-puing “primer” yang terbentuk selama tumbukan benda-benda “perantara” dengan kecepatan relatif tinggi. Interaksi gravitasi benda-benda “perantara”, yang meningkat seiring pertumbuhannya, secara bertahap mengubah orbitnya, meningkatkan rata-rata. eksentrisitas dan lih. kecenderungan ke bidang pusat disk. Benda-benda yang meledak dalam proses pertumbuhan ternyata merupakan cikal bakal planet masa depan. Ketika banyak benda digabungkan menjadi planet, pergerakan individu masing-masing benda dirata-ratakan, dan oleh karena itu orbit planet menjadi hampir melingkar dan koplanar. Planet terbesar - Jupiter dan Saturnus - berdasarkan. tahapan akumulasi tidak hanya menyerap padatan, tetapi juga gas. Analisis proses akumulasi planet dari segerombolan benda padat memungkinkan Schmidt dan para pengikutnya menunjukkan jalan menuju penjelasan rotasi langsung planet dan hukum jarak planet.

Salah satu argumen eksperimental utama yang mendukung pembentukan planet kebumian bukan dari gumpalan gas atau gas-debu, melainkan melalui akumulasi fenomena materi padat. terdapat defisit yang besar di Bumi, serta di Venus dan Mars, gas inert berat Ne, Ar (dengan pengecualian isotop radiogenik 40 Ar), Kr dan Xe dibandingkan dengan solar dan kosmik. .

Sebuah studi tentang proses akumulasi planet-planet kebumian menunjukkan bahwa hampir semua materi padat dari zona pembentukan planet-planet ini termasuk dalam komposisinya dan hanya sebagian kecil yang dikeluarkan dari zona gravitasi ini. gangguan pada planet yang sedang tumbuh. Jumlah materi padat yang dikeluarkan dari zona planet raksasa lebih besar, namun tidak melebihi massa planet itu sendiri. Ini adalah sebuah fenomena. argumen kuat yang mendukung fakta bahwa massa total awan protoplanet hanya sedikit. % dari .

Masalah khusus yang menjadi batu ujian bagi banyak kosmogonis. hipotesis, masalah distribusi momentum sudut di Tata Surya tetap ada: meskipun massa planet kurang dari 1% massa Matahari, gerakan orbitnya mengandung lebih dari 98% total momentum sudut seluruh Tata Surya .

Di tahun 60an abad ke-20 Perkiraan jumlah pertama muncul. teori pembentukan gabungan Matahari dan awan protoplanet (F. Hoyle, Inggris Raya, 1960; A. Cameron, AS, 1962; E. Schatzman, Prancis, 1967). Dalam teori-teori ini, dalam satu atau lain bentuk, pemisahan materi dari protomatahari yang berkontraksi karena permulaan rotasi dipertimbangkan. ketidakstabilan (ketika gaya sentrifugal dan gaya tarik menarik seimbang di ekuator).

Hoyle dan Schatzman berusaha menunjukkan melalui perhitungan bahwa awan protoplanet memiliki massa minimum yang diperbolehkan. Untuk menjelaskan distribusi momentum sudut antara Matahari dan planet-planet, Hoyle menggunakan gagasan menarik dari astrofisikawan Swedia H. Alfven tentang kemungkinan adanya magnetisme. penggandengan antara Matahari yang berputar dan materi terionisasi di awan protoplanet, sehingga Matahari dapat mengirimkan momentum ke bagian terdekat dari awan protoplanet. Pada jarak yang lebih jauh, di mana medan magnet melemah, menurut pendapatnya, perpindahan materi dan momentum dilakukan dengan bantuan.

Lambatnya rotasi modern. Shatsman menjelaskan matahari dengan hilangnya sebagian materi dari permukaan Matahari, yang terjadi setelah transformasi protomatahari menjadi Matahari. Materi terionisasi yang terbang menjauh terus berinteraksi dengan magnet hingga jarak yang jauh. bidang Matahari yang berputar dan memperoleh sarana ini. momen momentum, yang membawanya pergi. Penjelasan mengenai lambatnya rotasi Matahari ini dianggap paling mungkin.

Cameron dalam karya-karyanya tahun 60an. berasumsi bahwa Tata Surya muncul sebagai akibat dari kompresi (runtuhnya) awan antarbintang bermassa , dan mengembangkan teori evolusi awan tersebut, melewati kesulitan yang dihadapi secara diam-diam. Awan protoplanet masif yang terpisah dari protomatahari pasti semakin memanas akibat pelepasan tersebut saat ia terkompresi menuju bidang pusat. Dalam hal ini, seluruh substansi awan seharusnya telah berpindah ke fase gas. Ketika awan protoplanet kemudian mendingin, kondensasi seharusnya terjadi di dalamnya terlebih dahulu dari awan yang paling mudah menguap, yaitu. zat yang paling tahan api, dan kemudian semakin mudah menguap. Dalam karyanya selanjutnya, Cameron menganggap awan protoplanet bermassa sedang, sehingga suhu awal di zona pembentukan planet kebumian dan meteorit seharusnya hanya sedikit. ratusan o C. Dalam kasus yang paling umum, “awan bermassa rendah, suhunya seharusnya lebih rendah lagi. Konsekuensi yang timbul dari gagasan ini diuji ketika menganalisis substansi meteorit.

Sejak tahun 70an. abad ke-20 Analisis laboratorium terhadap meteorit, yang sepanjang sejarahnya tidak mengalami pemanasan yang kuat, menunjukkan adanya zat yang tampaknya mirip dengan meteorit tersebut. Kehadirannya secara kuantitas setidaknya ada beberapa. % sudah tidak diragukan lagi. Menurut D. Clayton (AS, 1978), hampir semua debu di awan protoplanet primer berasal dari antarbintang.

Penentuan komposisi isotop sampel terestrial dan meteorit, serta sampel bulan, menunjukkan homogenitasnya yang tinggi (dengan pengecualian jejak fraksinasi isotop selama pembentukan sampel individu). Ini menunjukkan pencampuran basa yang baik. massa materi protoplanet. Namun, sejumlah anomali isotop yang terdeteksi pada meteorit tertentu menunjukkan bahwa awan protoplanet mengandung bagian materi yang tidak tercampur dengan materi utamanya. massa materi. Rupanya, di awan protoplanet tidak terjadi penguapan debu antarbintang secara menyeluruh, sehingga perbedaan komposisi isotop akan terhaluskan. Pada tahun 1960, studi tentang komposisi isotop Xe dari meteorit mengungkapkan adanya produk peluruhan anak di dalamnya - isotop radioaktif berumur pendek 129 I, dan pada tahun 1965 - produk peluruhan 244 Pu (masing-masing waktu paruh dan tahun). ). Adanya produk peluruhan inert kimia berbentuk gas menunjukkan bahwa beberapa saat setelah nukleosintesis isotop-isotop tersebut, terbentuklah fasa padat, dimana terjadi peluruhan sisa isotop tersebut. Salah satu proses nukleosintesis terpenting dan satu-satunya proses sintesis Pu yavl. ledakan Muncul secara alami. asumsi bahwa sesaat sebelum kompresi awan gas-debu antarbintang, yang mengarah pada pembentukan protomatahari dengan piringan protoplanet, ledakan supernova terjadi di dekatnya, menyuntikkan produk nukleosintesis baru ke dalam awan. Kehadiran produk peluruhan isotop 129 I dan 244 Pu pada meteorit ditafsirkan sebagai indikasi bahwa hanya beberapa tahun berlalu antara ledakan supernova dan pembentukan materi meteorit padat. waktu paruh, yaitu waktu ~ 10 7 -10 8 tahun. Periode waktu ini, yang disebut interval pembentukan, dikurangi menjadi 10 6 -10 7 tahun, ketika keberadaan produk peluruhan isotop yang berumur lebih pendek - 26 Al dan 107 Pd (setengah) dapat diidentifikasi di sejumlah meteorit. -hidup bertahun-tahun).

Jika kita berangkat dari gagasan kelestarian butiran debu antarbintang, konsep “interval pembentukan” kehilangan maknanya. Kondensasi materi padat dan pembentukan butiran debu dimulai pada tahap perluasan produk ledakan supernova, dan jumlah produk peluruhan isotop berumur pendek yang ada dalam materi meteorit bergantung pada proporsi debu segar yang disuntikkan ke antarbintang. awan baik sebelum kompresi (runtuhnya) atau menjadi awan praplanet yang sudah terbentuk. Cameron dan S. Truran (AS, 1970) mengusulkan bahwa ledakan supernova di dekatnya tidak hanya menyuntikkan materi segar ke dalam nebula protosolar, tetapi juga berkontribusi terhadap kompresinya.

Prestasi astrofisika dan planetologi pada tahun 70-an. Abad ke-20: perhitungan keruntuhan pertama dengan memperhitungkan rotasi protobintang yang runtuh; studi tentang bidang modern pembentukan bintang di Galaksi; foto-foto permukaan planet tata surya dan satelitnya, yang penuh dengan kawah tumbukan, dengan jelas menunjukkan kebenaran landasan umum ilmu pengetahuan modern. teori pembentukan planet.

Selain penelitian yang menentukan garis umum perkembangan kosmogoni planet, terdapat gagasan yang tidak diakui secara luas. Jadi, Alven sudah berkembang sejak tahun 40an. abad ke-20 hipotesis bahwa pembentukan sistem planet pada semua tahap ditentukan terutama oleh elektromagnetik kekuatan. Untuk itu, Matahari muda harus memiliki medan magnet yang sangat kuat. medan yang ribuan kali lebih kuat dari medan modern. Gas-gas di awan antarbintang, yang jatuh ke Matahari di bawah pengaruh gravitasinya, secara bertahap menjadi terionisasi dan, seiring dengan jatuhnya gas-gas tersebut, percepatannya di bawah pengaruh magnetisme. Bidang Matahari berpindah dari jatuh ke berputar mengelilingi Matahari. Logam dan zat lain dengan potensi rendah harus menjadi yang pertama terionisasi pada jarak jauh dari Matahari, dan hidrogen harus menjadi yang terakhir terionisasi paling dekat dengan Matahari. kimia. komposisi planet memberikan gambaran kebalikan dari distribusi hidrogen dan unsur-unsur berat. Akibat hal ini dan sejumlah asumsi lainnya yang dibuat-buat, hipotesis Alfven hampir tidak memiliki pendukung.

Bahasa inggris ilmuwan M. Wulfson pada tahun 60-70an. abad ke-20 mencoba mengembangkan hipotesis yang menyatakan bahwa perolehan materi protoplanet oleh Matahari dijelaskan oleh kombinasi pengaruh pasang surut dan penangkapan: Matahari menangkap gumpalan materi yang terkoyak oleh gravitasinya dari protobintang yang dijernihkan dan terbang melewatinya. Seperti hipotesis Jeans, skema ini memiliki banyak kelemahan dan tidak populer.

3. Keadaan kosmogoni planet saat ini:
Pembentukan Matahari dan awan protoplanet

Data yang dikumpulkan oleh ahli astrofisika menunjukkan bahwa bintang-bintang, termasuk. dan bintang tipe matahari terbentuk dalam kompleks gas-debu bermassa . Contoh dari kompleks tersebut adalah Nebula Orion yang terkenal, tempat bintang-bintang terus terbentuk. Tampaknya, Matahari terbentuk bersama sekelompok bintang selama proses kompleks kompresi dan fragmentasi nebula masif tersebut.

Awan masif yang mulai memampatkan dan berpartisipasi dalam rotasi umum Galaksi tidak dapat memampatkan hingga kepadatan tinggi karena torsinya yang besar. Oleh karena itu, ia cenderung terpecah menjadi beberapa bagian yang terpisah. Sebagian momen rotasi dipindahkan ke momen pergerakan relatif fragmen. Proses fragmentasi berurutan, disertai gerakan acak (turbulen), gelombang kejut, belitan magnet. bidang, interaksi pasang surut fragmen, bersifat kompleks dan jauh dari pemahaman yang memadai. Namun evolusi sebuah fragmen terisolasi yang memiliki massa dan tidak memiliki momen rotasi awal yang sangat besar K (), sudah bisa dilacak dengan perhitungan komputer. Perhitungan menunjukkan bahwa pada momen rotasi yang tinggi, alih-alih protobintang, sebuah cincin tidak stabil mungkin muncul, pecah menjadi beberapa bagian. Dengan cara ini, banyak bintang dapat terbentuk. Dengan nilai yang jauh lebih rendah K pembentukan bintang tunggal lebih mungkin terjadi. Di tahun 80an abad ke-20 Perhitungan terperinci telah muncul mengenai pembentukan piringan gas-debu yang pipih di dekat protobintang yang berkontraksi (Matahari). Di wilayah ekuator protobintang yang berkontraksi seharusnya terdapat wilayah dengan redistribusi momentum sudut yang intens. Dalam kasus turbulensi efektif yang disebabkan oleh pertambahan gas yang sedang berlangsung, semua bagian materi baru dengan momentum berlebih terbawa keluar, membentuk piringan gas-debu yang berputar. Beberapa materi dari shell yang berkontraksi bertambah langsung ke disk. Ada kemungkinan bahwa, tergantung pada kondisi awal nebula, pengaruh fragmen di sekitarnya, serta bintang-bintang baru dan supernova yang meledak di dekatnya, massa dan ukuran piringan yang dihasilkan dapat sangat bervariasi. Peran penting dalam evolusi awal piringan tersebut dimainkan oleh aktivitas bintang muda - emisi sinar-X-nya. dan rentang UV, luminositas dan intensitas total. Ada bukti bahwa X-ray. dan radiasi UV dari bintang-bintang bermassa matahari muda bisa mencapai lipat lebih tinggi daripada intensitas radiasi gelombang pendek saat ini. Matahari. Dengan menggunakan persamaan hidrodinamika, model piringan gas-debu sirkumsolar yang berputar mengelilingi Matahari aktif dibuat. Menurut model ini, suhu di bidang pusat piringan menurun seiring dengan jarak dari Matahari R -1 -R-1/2, sebesar 300-400 K pada jarak tertentu R=1 a.u. dan hanya puluhan kelvin per AU. Ekst. lapisan piringan yang dijernihkan dapat dipanaskan oleh radiasi gelombang pendek dari Matahari hingga suhu yang sangat tinggi, yang menyebabkan hilangnya gas (penyebarannya ke ruang antarbintang). Proses ini juga difasilitasi oleh angin matahari yang kencang. Namun, struktur bagian dalam piringan yang lebih dingin tercermin dengan baik oleh model yang mendasari penelitian Schmidt dan kolaboratornya.

Proses terbentuknya planet dan satelitnya

Saat memodelkan tahapan individu dari evolusi awan protoplanet dan pembentukan planet (Gbr.), banyak perhatian diberikan pada tahap awal - turunnya butiran debu di bidang tengah piringan dan saling menempel dalam kondisi awan praplanet. Waktu turunnya dan pembentukan piringan debu yang pipih bergantung pada laju pertumbuhan butiran debu. Disintegrasi selanjutnya dari piringan debu, pembentukan kondensasi debu dan transformasinya menjadi segerombolan benda padat seukuran asteroid dengan dimensi kosmogonis. sudut pandang sangat cepat (0,15) benda-benda yang terakumulasi bergabung menjadi satu satelit Matahari berbentuk bintang. Ini adalah konfirmasi lain dari kebenaran model awan praplanet bermassa rendah, pada prinsipnya, membuatnya mungkin untuk secara bersamaan menentukan distribusi massa dan distribusi kecepatan benda-benda praplanet. Namun, kesulitan dalam memperhitungkan gravitasi Interaksi banyak benda untuk waktu yang lama tidak memungkinkan diperolehnya hasil yang dapat diandalkan Baru-baru ini, J. Weatherill (AS) melakukan perhitungan yang sangat memakan waktu tentang dinamika segerombolan benda di “zona makan” planet-planet terestrial, yang mengkonfirmasi sifat distribusi kecepatan pada tahap akhir pertumbuhan planet dan waktu akumulasi Bumi (~ 10 8 tahun), yang sebelumnya diperkirakan dengan metode analitis. Proses pembentukan planet-planet kebumian telah ditelusuri dengan cukup rinci. Jarak antara planet-planet, massanya, periode rotasinya, dan kemiringan sumbunya cukup sesuai dengan pengamatan Pembentukan planet raksasa lebih kompleks, dan banyak detailnya yang masih harus dijelaskan. Ada dua hipotesis tentang jalur pembentukan Jupiter dan Saturnus, yang banyak mengandung hidrogen dan helium (dalam komposisinya lebih dekat ke Matahari dibandingkan planet lain). Hipotesis pertama (“kontraksi”) menjelaskan komposisi “matahari” dari planet-planet raksasa dengan fakta bahwa konsentrasi gas-debu yang sangat besar - protoplanet - terbentuk dalam piringan protoplanet bermassa besar - protoplanet, yang kemudian mengalami gravitasi. kompresi berubah menjadi planet raksasa. Hipotesis ini tidak menjelaskan hilangnya materi berlebih dalam jumlah besar yang tidak termasuk dalam planet dari Tata Surya, serta alasan perbedaan komposisi Jupiter dan Saturnus dari tata surya (Saturnus mengandung unsur kimia yang lebih berat. daripada Jupiter, yang, pada gilirannya, mengandung lebih banyak unsur-unsur tersebut dibandingkan Matahari). Menurut hipotesis kedua (“akresi”), pembentukan Yupiter dan Saturnus terjadi dalam dua tahap. Yang pertama, yang berlangsung sekitar. tahun dari wilayah Yupiter dan tahun di wilayah Saturnus, akumulasi benda padat terjadi dengan cara yang sama seperti di wilayah planet kebumian. Ketika benda-benda terbesar mencapai kondisi kritis. massa (sekitar dua massa Bumi), tahap kedua dimulai - gas di benda-benda ini, yang berlangsung setidaknya 10 5 -10 6 tahun. Pada tahap pertama, sebagian gas menghilang dari wilayah Jupiter, dan komposisinya ternyata berbeda dengan komposisi matahari; Hal ini bahkan lebih jelas terlihat di Saturnus. Pada tahap akresi, suhu tertinggi lapisan luar Yupiter mencapai 5000 K, dan untuk Saturnus - kira-kira. 2000 K. Jadi. Pemanasan Jupiter terhadap lingkungannya menentukan komposisi silikat dari satelit-satelit terdekatnya. Menurut hipotesis kontraksi, pada tahap awal planet-planet raksasa juga memiliki suhu tinggi, namun dinamika proses dalam kerangka hipotesis akresi lebih beralasan. Pembentukan Uranus dan Neptunus, yang hanya mengandung 10-20% H dan He, juga lebih baik dijelaskan oleh hipotesis kedua. Pada saat mereka mencapai kondisi kritis. massa (dalam periode ~ 10 8 tahun), sebagian besar gas telah meninggalkan Tata Surya.

Benda-benda kecil Tata Surya - dan - adalah sisa-sisa dari segerombolan benda “perantara”. Asteroid adalah benda dalam yang berbatu. zona sirkumsolar, komet adalah benda es berbatu dari zona planet raksasa. Massa planet-planet raksasa, bahkan sebelum pertumbuhannya selesai, menjadi begitu besar sehingga daya tariknya mulai mengubah orbit benda-benda kecil yang terbang melewatinya. Akibatnya, beberapa di antaranya memperoleh orbit yang sangat memanjang, termasuk. dan orbit yang melampaui sistem planet. Pada benda yang berpindah lebih jauh dari 20-30 ribu a.u. dari Matahari, gravitasi terlihat pengaruhnya diberikan oleh bintang-bintang terdekat. Dalam kebanyakan kasus, dampak bintang menyebabkan benda-benda kecil berhenti memasuki wilayah orbit planet. Sistem planet tersebut ternyata dikelilingi oleh segerombolan benda es berbatu yang membentang hingga jarak 10 5 AU. (~ 1 pc) dan merupakan sumber komet yang saat ini diamati. Keberadaan awan komet ditemukan oleh astronom Belanda J. Oort (1950). Pengaruh bintang-bintang di dekatnya terkadang dapat mengganggu orbit benda es berbatu sedemikian rupa sehingga meninggalkan tata surya sepenuhnya, dan terkadang dapat memindahkannya ke orbit yang berada di sekitar Matahari. Di dekat Matahari, benda-benda es mulai menguap di bawah pengaruh sinarnya dan menjadi terlihat - fenomena komet terjadi.

Asteroid bertahan hingga hari ini karena sebagian besar dari mereka bergerak dalam interval yang luas antara orbit Mars dan Jupiter. Benda-benda batuan serupa, yang pernah ada di seluruh zona planet-planet kebumian, telah lama bergabung dengan planet-planet ini atau hancur akibat tumbukan timbal balik, atau terlempar keluar dari zona ini karena gaya gravitasi. pengaruh planet.

Yang terbesar dari modern asteroid - dengan diameter 100 km atau lebih - terbentuk pada era pembentukan sistem planet, dan asteroid berukuran sedang dan kecil sebagian besar merupakan fenomena. pecahan asteroid besar yang hancur akibat tabrakan. Berkat tumbukan badan asteroid, pasokan materi debu di ruang antarplanet terus terisi kembali. Dr. sumber partikel padat halus. hancurnya komet saat terbang mendekati Matahari.

Bagian dalam asteroid besar “primer” tampaknya memanas hingga sekitar 1000 o C, sehingga mempengaruhi komposisi dan struktur materinya. Kita mengetahui hal ini karena fakta bahwa pecahan kecil asteroid jatuh ke permukaan bumi - komposisi dan sifat fisik. Para wali tersebut menunjukkan bahwa mereka telah melalui tahap-tahap pemanasan dan diferensiasi materi. Alasan memanasnya asteroid tidak sepenuhnya jelas. Mungkin pemanasan ini disebabkan oleh pelepasan panas dari peluruhan isotop radioaktif berumur pendek; asteroid juga bisa memanas karena saling bertabrakan.

Meteorit tertentu mewakili contoh terbaik materi planet “primer” yang tersedia bagi kita. Dibandingkan dengan batuan terestrial, perubahannya jauh lebih sedikit akibat proses fisik dan kimia berikutnya. proses. Usia meteorit, yang ditentukan oleh kandungan unsur radioaktif dan produk peluruhannya, sekaligus menjadi ciri usia seluruh tata surya. Ternyata menjadi sekitar. 4,6 miliar tahun. Akibatnya, durasi proses pembentukan planet tidak signifikan dibandingkan dengan waktu keberadaannya selanjutnya.

Asal usul sistem satelit biasa dari planet-planet yang bergerak searah rotasi planet dalam orbit hampir melingkar yang terletak pada bidang ekuatornya, penulis kosmogon. hipotesis biasanya dijelaskan dengan mengulangi dalam skala kecil proses yang sama yang mereka usulkan untuk menjelaskan pembentukan planet-planet di tata surya. Jupiter, Saturnus, dan Uranus memiliki sistem satelit biasa, yang juga memiliki cincin partikel padat kecil. Neptunus tidak memiliki sistem satelit reguler dan tampaknya tidak memiliki cincin. Modern Kosmogoni planet menjelaskan pembentukan satelit biasa melalui evolusi kawanan partikel proto-satelit berbentuk cakram yang muncul sebagai akibat dari tumbukan inelastis di dekat planet tertentu dari planetesimal yang bergerak dalam orbit sirkumsolar.

Sistem satelit reguler Jupiter dibagi menjadi dua kelompok: silikat dan silikat air. Perbedaan kimia. komposisi satelit menunjukkan bahwa Jupiter muda panas (pemanasan mungkin disebabkan oleh pelepasan energi gravitasi selama pertambahan gas). Dalam sistem satelit Saturnus, yang sebagian besar terdiri dari es, tidak ada pembagian menjadi dua kelompok, hal ini disebabkan oleh suhu yang lebih rendah di sekitar Saturnus, sehingga air dapat mengembun.

Asal usul satelit tak beraturan Yupiter, Saturnus, dan Neptunus, yaitu satelit yang bergerak mundur, serta satelit eksternal kecil. Satelit Neptunus yang memiliki gerak lurus dalam orbit memanjang dijelaskan oleh penangkapan.

Planet Merkurius dan Venus yang berotasi lambat tidak memiliki satelit. Mereka rupanya mengalami pengereman pasang surut dari planet tersebut dan akhirnya jatuh ke permukaannya. Pengaruh gesekan pasang surut juga terlihat pada sistem Bumi-Bulan dan Pluto-Charon, di mana satelit-satelit yang membentuk sistem ganda dengan planet selalu menghadap planet melalui belahan bumi yang sama.

Penjelasan tentang asal usul Bulan memerlukan studi mendetail tentang kawanan partikel di dekat Bumi, yang keberadaannya dipertahankan selama seluruh akumulasi Bumi melalui tumbukan inelastis partikel-partikel di sekitarnya.

Pembentukan kawanan dengan massa yang cukup hanya mungkin terjadi karena jumlahnya yang banyak. tumbukan pecahan terkecil partikel antarplanet. Dinamika gerombolan memungkinkan kita mendekati penjelasan perbedaan dalam kimia. komposisi Bulan dan Bumi, yang mengambil materi dari zona yang sama. Keuntungan. masuknya partikel-partikel kecil ke dalam kawanan secara bersamaan dapat menyebabkan pengayaan kawanan dengan zat silikat, karena benda-benda berbatulah yang membentuk debu halus selama tumbukan (tidak seperti benda logam). Pada tahap zat yang terdispersi halus, zat yang mudah menguap juga dapat hilang sebagian, yang kekurangannya ditemukan pada batuan bulan. Sebuah sistem yang terdiri dari beberapa dapat dibentuk dari sekumpulan satelit. satelit besar, yang orbitnya berevolusi dengan kecepatan berbeda di bawah pengaruh gesekan pasang surut dan akhirnya bergabung menjadi satu benda - Bulan. Analisis komposisi dan penentuan umur yang dipentaskan pada tahun 70an. abad ke-20 batuan bulan ke Bumi menunjukkan bahwa Bulan, bahkan selama pembentukannya atau segera setelahnya, dipanaskan dan melewati material magmatik. diferensiasi, akibatnya kerak bulan terbentuk. Banyaknya kawah tumbukan besar di bagian benua permukaan bulan menunjukkan bahwa kerak bumi mempunyai waktu untuk mengeras bahkan sebelum pemboman intensif ke Bulan oleh benda-benda pembentuknya mereda. Penggabungan Bulan dari beberapa benda-benda besar (proto-bulan) menghasilkan pemanasan cepat hingga 1000 K pada lapisan permukaannya yang tebalnya ratusan kilometer, yang lebih konsisten dengan diferensiasi awal materi Bulan. Selama akumulasi lambat Bulan dari partikel-partikel kecil gravitasi yang dilepaskan Tidak ada cukup energi untuk memanaskan Bulan sesuai kebutuhan. Hipotesis alternatif tentang pemanasan Bulan akibat peluruhan isotop radioaktif berumur pendek dan pemanasan listrik. arus yang disebabkan oleh angin matahari yang kuat memerlukan pembentukan Bulan yang sangat cepat pada tahap awal pembentukan Tata Surya. Jadi, pembentukan Bulan di orbit dekat Bumi tampaknya paling mungkin terjadi, namun hipotesis yang tidak mungkin mengenai penangkapan Bulan yang telah selesai oleh Bumi dan pemisahan Bulan dari Bumi terus dibahas dalam literatur.

Perbedaan yang mencolok lih. Kepadatan planet kebumian rupanya ada kaitannya dengan perbedaan kandungan Fe total dan kandungan logam. Fe. Kepadatan Merkurius yang tinggi (5,4 g/cm3) menunjukkan kandungan logamnya mencapai 60-70%. besi nikel, sedangkan kepadatan Bulan yang rendah (3,34 g/cm 3) menunjukkan tidak adanya besi di dalamnya. sejumlah logam besi (kurang dari 10-15%). Kandungan paduan kaya besi di bumi kira-kira. 32%, di Venus - kira-kira. 28%.

Di tahun 70an Pada abad ke-20, bersamaan dengan berkembangnya gagasan tentang kondensasi berurutan berbagai zat di awan protoplanet yang mendingin, muncul hipotesis akumulasi planet yang tidak homogen (heterogen), yang menurutnya akumulasi lengkap zat-zat yang tidak mudah menguap menjadi beberapa besar. benda - inti planet masa depan - berhasil terjadi sebelum awan mendingin lebih lanjut dan kondensasi zat lain yang lebih mudah menguap terlihat. Menurut hipotesis ini, planet-planet yang terbentuk ternyata berlapis-lapis sejak awal. Dikombinasikan dengan asumsi kondensasi logam pertama. besi, dan kemudian silikat, hipotesis akumulasi heterogen menjelaskan kemunculan inti besi di dekat Bumi dan Venus. Namun, dia mengabaikan astrofisika yang dapat diandalkan. perkiraan laju pendinginan awan: pendinginan akan terjadi jauh lebih cepat daripada akumulasi produk kondensasi. Dihipotesiskan juga bahwa inti Bumi dan Venus sebagian besar terdiri dari silikat dan oksida, yang, di bawah pengaruh tekanan dari lapisan di atasnya, berubah menjadi bahan logam padat. negara. Dalam hal ini, inti Bumi dan Venus hanya berisi sedikit. % logam besi, yaitu kira-kira sama dengan inti Bulan, tetapi lebih kecil dari inti Mars (tekanan di bagian dalam Mars dan Bulan jelas terlalu rendah untuk silikat berubah menjadi bentuk logam). Eksperimen pada statis kompresi materi hingga tekanan yang mendekati tekanan di inti Bumi dan Venus, belum memungkinkan kita untuk menarik kesimpulan pasti tentang kemungkinan transisi fase dengan lonjakan kepadatan yang cukup besar.

Rupanya, pembentukan inti di planet kebumian terjadi sebagai akibat pemisahan lelehan kaya besi dari silikat ferromagnesian. Kimia fisik dari proses pemisahan lelehan besi dan dinamika turunnya ke pusat planet belum cukup dipelajari. Dalam karya-karya yang ditujukan untuk analisis proses pemisahan planet-planet yang sebagian besar homogen, jumlah perhitungan terbesar dilakukan untuk Bumi.

Keadaan awal dan evolusi Bumi

Bumi tumbuh dari segerombolan benda “perantara” yang bergerak di wilayah luas antara orbit Venus dan Mars. Perbedaan komposisi dan kepadatan planetesimal cukup besar, hal ini ditunjukkan dengan perbedaan lih. kepadatan planet-planet ini. Ketika benda-benda jatuh ke proto-bumi, mereka hancur akibat benturan, dan zat tersebut memanas, disertai dengan pelepasan gas dan dehidrasi. Akibat pencampuran suatu zat pada paparan kimia. heterogenitas sebagian dihaluskan. Dampak benda dengan dimensi puluhan kilometer atau lebih menyebabkan akumulasi sebagian besar energi di kedalaman yang sangat dalam, yang merupakan hal utama. sumber pemanasan planet ini. Tambahan pemanasan terjadi karena peluruhan unsur radioaktif dan kompresi zat di bawah tekanan yang meningkat dari lapisan di atasnya (yang tumbuh). Menurut perhitungan, pada akhir pembentukannya, wilayah tengah bumi memanas hingga 1000-1500 K, lebih rendah dari suhu leleh batuan pada kedalaman tersebut. (Di bagian dalam planet, suhu leleh meningkat seiring kedalaman karena meningkatnya tekanan.) Pada kedalaman 50-2000 km, suhu melebihi suhu leleh besi, namun secara umum zat yang masih terdiferensiasi tidak mungkin berada dalam a keadaan cair. Akibat perpindahan panas yang cepat, permukaan bumi mempunyai suhu yang cukup rendah, sehingga memungkinkan adanya cekungan air primer. Rupanya dia sudah menyimpulkan. Selama tahap akumulasi Bumi, diferensiasi materi skala besar dimulai - pemisahan dan pemindahan komponen berat ke cakrawala yang lebih rendah. Gaya berat energi yang dilepaskan selama stratifikasi bumi, sebagai akibat dari pergerakan massa secara konvektif, dipindahkan ke permukaan bumi dan berkontribusi pada pembaruannya, terbukti dengan tidak adanya batuan tertua di permukaan bumi, dengan usia 3,8-4,5 miliar tahun. Ada kemungkinan bahwa kehancuran kerak primer, seperti yang terjadi di Bulan, terkait dengan pemboman yang terlambat oleh benda-benda yang berjatuhan. Zat yang paling ringan melayang (“diperas”) ke permukaan, secara bertahap membentuk lapisan luar bumi - kerak bumi. Itu panjang. proses (beberapa miliar tahun), yang berlangsung secara berbeda di berbagai tempat di dunia, yang menyebabkan terbentuknya wilayah dengan kerak tebal (benua) dan wilayah dengan kerak tipis (cekungan laut). Kerak bumi berbeda dalam komposisi dan kepadatan dari bahan dasar mantel bumi. Kepadatan kerak bumi adalah 2,7-2,8 g/cm 3, dan kepadatan mantel atas (tekanan dikurangi hingga nol) kira-kira. 3,3-3,5 gram/cm3. Lompatan kepadatan pada batas inti melebihi 4 g/cm 3 . Massa jenis bahan inti agak lebih kecil daripada massa jenis Fe pada tekanan ini, yang menunjukkan adanya pengotor yang lebih ringan di dalamnya.

Pemanasan bumi dibarengi dengan keluarnya gas dan uap air yang terkandung dalam jumlah kecil pada batuan bumi. Setelah menembus ke permukaan, uap air mengembun menjadi perairan laut dan samudera, dan gas-gas tersebut membentuk atmosfer, yang komposisinya pada awalnya sangat berbeda dengan atmosfer modern. Komposisi modern atmosfer bumi maksudnya. sebagian besar disebabkan oleh adanya kehidupan di Bumi (biosfer). Inti es dari komet yang jatuh ke Bumi mungkin memainkan peran tertentu dalam pembentukan hidrosfer dan atmosfer.

Proses kimia Stratifikasi interior bumi masih terus terjadi. Cahaya mencair dalam bentuk magma yang naik dari mantel ke kerak bumi. Mereka sebagian tersangkut dan membeku di dalam kerak bumi, dan sebagian lagi menembus kerak bumi dan keluar dalam bentuk lava selama peristiwa vulkanik. letusan. Pergerakan materi di perut bumi memanifestasikan dirinya dalam bentuk naik turunnya area permukaan yang luas, pergerakan horizontal lempeng-lempeng individu tempat kerak bumi dibedah, dalam bentuk proses vulkanisme dan pembentukan gunung, sebagai serta gempa bumi.

menyala.:
Schmidt O.Yu., Empat kuliah tentang teori asal usul bumi, edisi ke-3, M., 1957; Levin B.Yu., Asal Usul Bumi dan Planet, edisi ke-4, M., 1964; Safronov V.S., Evolusi awan praplanet dan pembentukan Bumi dan planet, M., 1969; Wood J., Meteorit dan Asal Usul Tata Surya, trans. dari bahasa Inggris, M., 1971; Ruskol E.L., Asal Usul Bulan M., 1975; Alven X., Arrhenius G. Evolusi tata surya, trans. dari bahasa Inggris M., 1979; Satelit Planet, trans. dari bahasa Inggris, M.1980; Protobintang dan planet, trans. dari bahasa Inggris, bagian 1-2, M., 1982.

(B.Yu. Levin, A.V. Vityazev)